Metallutmattning

i materialvetenskap är trötthet den process genom vilken ett material långsamt och progressivt (och ofta permanent) skadas av spänningar och stammar som är mindre än de som behövs för att faktiskt bryta materialet isär. Metallutmattning uppstår när materialet är en metall. Till exempel kan en ståltråd användas för att suspendera vikter som är mindre än den mängd som behövs för att få tråden att bryta isär (dess draghållfasthet). Med tiden kan dock dessa vikter långsamt orsaka defekter att utvecklas i stålet. Dessa defekter kan uppstå som repor, skåror, partikelbildning eller andra avvikelser. Vid någon tidpunkt kan dessa defekter bli så stora att ståltråden faktiskt går sönder trots att draghållfastheten aldrig hade överskridits.

1837 publicerade den tyska gruvadministratören Wilhelm August Julius Albert (1787-1846) den första kända artikeln om trötthet. I sitt arbete gjorde Albert en testmaskin som registrerade metallutmattning på transportkedjor som användes i lokala gruvor. Ett av de första fallen av metallutmattning som studerades vetenskapligt berodde på en olycka som inträffade när ett tåg spårade i Frankrike 1842. Olyckan dödade eller skadade över 90 personer. Skotsk ingenjör och fysiker William Rankine (1820-1872) undersökte problemet, vilket han så småningom bestämde sig för att vara metallutmattning. Rankine upptäckte att stress på en lokaxel så småningom bröt den, vilket orsakade olyckan

processen med metallutmattning varierar avsevärt från ett material till ett annat. I vissa fall uppstår defekter nästan så snart spänningar och stammar appliceras på materialet och växer mycket långsamt tills totalt fel uppstår. I andra fall finns det ingen uppenbar skada i materialet tills fel nästan uppstår. Sedan, i de allra sista stadierna, uppträder defekter och utvecklas mycket snabbt före fullständigt misslyckande.

mängden stress eller belastning som behövs för att åstadkomma metallutmattning i ett material—utmattningsgränsen eller utmattningsstyrkan hos materialet—beror på ett antal faktorer. Den första faktorn är själva materialet. I allmänhet tenderar utmattningsgränsen för många material att vara ungefär en fjärdedel till tre fjärdedelar av själva materialets draghållfasthet. En annan faktor är storleken på spänningen eller belastningen som utövas på materialet. Ju större stress eller belastning, desto tidigare metallutmattning kommer sannolikt att uppstå. Slutligen är miljöfaktorer involverade i metallutmattning. En metallbit nedsänkt i en saltvattenlösning, till exempel, kommer sannolikt att uppvisa metallutmattning tidigare än samma metallbit som testats i luft. På samma sätt tenderar material som har genomgått viss oxidation att uppleva metallutmattning tidigare än ooxiderade material.

Se även metallproduktion; svetsning.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.