Fatica metallica

Nella scienza dei materiali, la fatica è il processo mediante il quale un materiale viene lentamente e progressivamente (e spesso permanentemente) danneggiato da sollecitazioni e tensioni inferiori a quelle necessarie per rompere effettivamente il materiale. La fatica del metallo si verifica quando il materiale è un metallo. Ad esempio, un filo di acciaio potrebbe essere utilizzato per sospendere pesi inferiori alla quantità necessaria per provocare la rottura del filo (resistenza alla trazione). Nel corso del tempo, tuttavia, questi pesi potrebbero lentamente causare difetti di sviluppare in acciaio. Questi difetti potrebbero verificarsi come graffi, tacche, formazione di particelle o altre anomalie. Ad un certo punto, questi difetti possono diventare così grandi che il filo di acciaio in realtà si rompe anche se la sua resistenza alla trazione non era mai stata superata.

Nel 1837, l’amministratore minerario tedesco Wilhelm August Julius Albert (1787-1846) pubblicò il primo articolo conosciuto sulla fatica. Nel suo lavoro, Albert realizzò una macchina di prova che registrava la fatica del metallo sulle catene di trasporto utilizzate nelle miniere locali. Uno dei primi casi di affaticamento del metallo che è stato studiato scientificamente è stato dovuto a un incidente avvenuto quando un treno deragliò in Francia nel 1842. L’incidente ha ucciso o ferito oltre 90 persone. L’ingegnere e fisico scozzese William Rankine (1820-1872) indagò sul problema, che alla fine determinò essere la fatica del metallo. Rankine scoprì che lo stress su un asse della locomotiva alla fine lo ruppe, causando l’incidente

Il processo di fatica del metallo varia considerevolmente da un materiale all’altro. In alcuni casi, i difetti si presentano quasi non appena si applicano tensioni e tensioni al materiale e crescono molto lentamente fino a quando non si verifica un guasto totale. In altri casi, non vi è alcun danno apparente nel materiale fino a quando non si verifica quasi un guasto. Quindi, nelle ultime fasi, i difetti compaiono e si sviluppano molto rapidamente prima del completo fallimento.

La quantità di stress o deformazione necessaria per provocare la fatica del metallo in un materiale—il limite di fatica o la resistenza a fatica del materiale—dipende da una serie di fattori. Il primo fattore è il materiale stesso. In generale, il limite di fatica di molti materiali tende ad essere circa un quarto a tre quarti della resistenza alla trazione del materiale stesso. Un altro fattore è l’entità dello stress o della tensione esercitata sul materiale. Maggiore è lo stress o la tensione, prima è probabile che si verifichi la fatica del metallo. Infine, i fattori ambientali sono coinvolti nella fatica del metallo. Un pezzo di metallo immerso in una soluzione di acqua salata, ad esempio, è probabile che esibisca affaticamento del metallo prima dello stesso pezzo di metallo testato in aria. Allo stesso modo, i materiali che hanno subito una certa ossidazione tendono a sperimentare l’affaticamento del metallo prima dei materiali non ossidati.

Vedi anche Produzione di metalli; Saldatura.

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