Metallin väsyminen

materiaalitieteessä väsyminen on prosessi, jossa materiaali vaurioituu hitaasti ja asteittain (ja usein pysyvästi) rasituksista ja rasituksista, jotka ovat vähäisempiä kuin mitä tarvitaan materiaalin varsinaiseen hajottamiseen. Metallin väsyminen tapahtuu, kun materiaali on metallia. Esimerkiksi teräslankaa voidaan käyttää ripustamaan painoja, jotka ovat vähemmän kuin mitä tarvitaan langan hajoamiseen (sen vetolujuus). Ajan mittaan nämä painot saattavat kuitenkin hitaasti aiheuttaa teräsvikoja. Nämä viat voivat esiintyä naarmuja, lovia, hiukkasten muodostumista, tai muita poikkeavuuksia. Jossain vaiheessa nämä viat voivat kasvaa niin suuriksi, että teräslanka todella hajoaa, vaikka sen vetolujuutta ei ollut koskaan ylitetty.

vuonna 1837 Saksalainen kaivoksenhoitaja Wilhelm August Julius Albert (1787-1846) julkaisi ensimmäisen tunnetun artikkelin väsymyksestä. Albert teki työssään koelaitteen, joka tallensi metallin väsymistä paikallisissa kaivoksissa käytettäviin kuljetinketjuihin. Yksi ensimmäisistä tieteellisesti tutkituista metallien väsymistapauksista johtui onnettomuudesta, joka sattui junan suistuessa raiteilta Ranskassa vuonna 1842. Onnettomuudessa kuoli tai loukkaantui yli 90 ihmistä. Skotlantilainen insinööri ja fyysikko William Rankine (1820-1872) tutki ongelmaa, jonka hän lopulta päätteli olevan metallin väsymistä. Rankine havaitsi, että veturin akselin rasitus lopulta rikkoi sen, mikä aiheutti onnettomuuden

metallin väsymisprosessi vaihtelee huomattavasti materiaalista toiseen. Joissakin tapauksissa viat näkyvät lähes heti, kun materiaaliin kohdistuu rasitusta ja rasitusta, ja kasvavat hyvin hitaasti, kunnes tapahtuu täydellinen epäonnistuminen. Muissa tapauksissa materiaalissa ei ole ilmeistä vahinkoa ennen kuin vika melkein tapahtuu. Sitten aivan viime vaiheissa viat näkyvät ja kehittyvät hyvin nopeasti ennen täydellistä epäonnistumista.

metallin väsymiseen tarvittavan rasituksen tai rasituksen määrä materiaalissa—materiaalin väsymisraja tai väsymislujuus—riippuu useista tekijöistä. Ensimmäinen tekijä on itse materiaali. Yleensä monien materiaalien väsymisraja on yleensä noin neljäsosasta kolmeen neljäsosaan itse materiaalin vetolujuudesta. Toinen tekijä on materiaaliin kohdistuvan rasituksen tai rasituksen suuruus. Mitä suurempi rasitus tai rasitus, sitä nopeammin metallin väsyminen todennäköisesti tapahtuu. Metallien väsymiseen liittyy myös ympäristötekijöitä. Esimerkiksi suolavesiliuokseen upotettu metallinpala väsyy todennäköisesti nopeammin kuin sama ilmassa testattu metallinpala. Samoin materiaalit, jotka ovat läpikäyneet jonkin verran hapettumista, kokevat metallin väsymisen nopeammin kuin hapettumattomat materiaalit.

Katso myös Metallintuotanto; hitsaus.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.