Усталость металла: что это и как можно ей противостоять?

Очень часто причиной выхода из строя различной техники является усталость металла. Причем произойти это может не только после длительной эксплуатации, но и в самом начале работы оборудования или автомобиля. Причиной тому являются периодические динамические нагрузки, которые испытывает отдельный узел или деталь не только во время выполнения своей основной функции, но и в процессе изготовления. В результате материал начинает разрушаться, даже если величина напряжения не достигла значения предела прочности.

По сути, усталость – это изменение основных свойств металла (механических и физических) под воздействием циклических напряжений и деформаций. Это влечет структурные изменения в материале, протекающие на макро- и микроуровне, которые во многом определяются исходными свойствами и условием изготовления детали.


Для характеристики склонности металла к данному виду разрушения применяется такой термин, как предел выносливости. Этот параметр численно равен значению максимального напряжения, которому может сопротивляться материал в течение 10 000 000 и более циклов, то есть в течение установленного времени нагружения.

Усталость металла не проявляется сиюминутно, и в этом заключается ее основная опасность. Требуется некоторое время, чтобы в материале произошли необходимые изменения, которые, скорее всего, внешне никак не будут проявляться. Их характер во многом определяют исходные свойства металла, напряженное состояние, особенность нагружения и влияние внешней среды. До определенного момента все протекающие явления являются обратимыми. Однако с течением времени сопротивляемость разрушению постепенно начинает снижаться, и появляются так называемые усталостные повреждения.


На самой первой стадии усталость металла начинает проявляться на структурном уровне, когда по границам зерен и других составляющих начинают появляться микротрещины, которые при последующем нагружении конструкции превращаются в макротрещины. Это в свою очередь становится основной причиной окончательного разрушения элемента конструкции в процессе работы или образца во время проведения механических испытаний.

Наиболее наглядно усталость металлов характеризует одноименная кривая, которая отражает соответствующую зависимость между числом испытанных образцом циклов нагружения и стадиями повреждения, начиная от момента возникновения трещины и заканчивая окончательным разрушением объекта исследования. Учитывая, что усталостные явления первоначально проявляются в местах структурных несовершенств, распределение которых носит вероятностный характер, то и характеристики усталости подчиняются таким же закономерностям. Испытания проводятся чаще всего на вращающемся образце, к которому прикладывается постоянная изгибающая нагрузка.

Усталость металла во многом определяют условия эксплуатации той или иной конструкции. Наличие активной среды и достаточно высокой температуры может значительно ускорить протекающие в материале негативные процессы. Сопротивляемость материала существенно снижается при наличии различных структурных неоднородностей, присутствия неметаллических включений, неравномерного распределения легирующих элементов, а также при недостаточной чистоте поверхности. Чтобы этого не допустить, можно прибегнуть к различной поверхностной обработке, которая способна создать в верхнем слое материала остаточные напряжения сжатия. Чаще всего с этой целью выполняется диффузионное насыщение, производится наклёп или поверхностная закалка различными способами, например, путем лазерного упрочнения.

Что это - поверхностная закалка стали? Для чего применяется ...
Представляемая статья адресуется людям, далеким от металлургии, дилетантам, интересующимся, чем отличается по прочности от хорошего лезвия обычный столовый или складной нож, поверхностная закалка от объемной и тому подобными вопросами.
далее
Утомление - это болезнь? Как оно проявляется и его возможные ...
Каждый человек чувствовал усталость хоть раз в жизни. Но, отдохнув, мы быстро забываем об этом состоянии. Но что делать, если утомление не проходит, а наоборот, нам все тяжелее выполнять физическую работу? В этой статье вы найдете ответы на ...
далее
Какие бывают накопители энергии: виды, преимущества, типы батарей
Люди еще в древности научились подчинять энергию стихии своей воле. А вот запасти ее немного на черный день удавалось плохо. И только в 19-20-м веках удалось решить эту задачу.
далее
Причины и виды утомления. Восстановление работоспособности
Утомлением называется такое состояние организма, при котором снижается трудовая деятельность. Такие изменения носят временный характер.
далее
Самостоятельный ремонт динамика с использованием доступных материалов
Ремонт динамика с нарушенным или порванным конусом производится методом проклейки. Лучшим материалом, служащим для накладывания такого «пластыря», является фильтр для кофеварки.
далее
Самостоятельный ремонт динамика с использованием доступных материалов
Что такое хроническая усталость? Симптомы проявления и терапия
Многие склонны воспринимать эту проблему как обычное переутомление: надо переключиться, передохнуть – и все пройдет. Но не стоит смешивать одно с другим. Если простую усталость можно легко преодолеть, то совсем иные проявления имеет хроническая усталость. Симптомы и лечение заболевания – а это именно заболевание – также имеют свои особенности.
далее
Что такое хроническая усталость? Симптомы проявления и терапия
Характерные признаки синдрома хронической усталости
Признаки синдрома хронической усталости многие из нас готовы диагностировать у себя, переутомившись на работе, испытывая постоянный стресс и ощущая перманентный упадок сил. Давайте выясним, насколько оправдано проведение параллелей между этим заболеванием и обычным недомоганием.
далее
Характерные признаки синдрома хронической усталости
Хроническая усталость: симптомы, причины, методы диагностики и методы терапии
Синдром хронической усталости стал достаточно частой проблемой. Она наблюдается как у людей, имеющих различные заболевания, так и у вполне здоровых. Каковы симптомы данного нарушения, как с ним бороться и можно ли предупредить?
далее
Хроническая усталость: симптомы, причины, методы диагностики и методы терапии