Усталость металла: что это и как можно ей противостоять?

Усталость металла — одна из основных причин выхода различной техники из строя. Такое может произойти как в начальной стадии работы автомобиля или оборудования, а также и после длительного применения оборудования. Это происходит из-за того, что деталь или отдельный узел испытывают динамические периодические нагрузки не только в процессе изготовления, а также при выполнении своих прямых обязанностей.

В результате происходит разрушение материала, даже тогда когда величина напряжения еще не достигла предела своей прочности.

Другими словами, период, когда под действием деформаций и напряжений металл изменяет свои физические и механические свойства- это и называется усталостью металла. Из-за этого происходят изменения в структуре материала, протекающие на микроуровне и макроуровне, которые влияют на свойства детали ,а также на условия ее изготовления.

Для расчета склонности металла к такому виду разрушения применяется термин предел выносливости. Он численно равен максимальному значению напряжения, которому материал может сопротивляться в течение определенного времени нагружения, как правило, 10 000 000 циклов и более.

Особенностью усталости металла является то, что она проявляется не сразу. Требуется определенное время, чтобы произошли необходимые внутренние изменения в материале, которые внешне сложно заметить. Их характер зависит от свойств и состояния металла, его нагруженности и факторов окружающей среды. Протекающие изменения могут быть обратимыми до определенного момента времени, но затем сопротивляемость металла к разрушению начинает уменьшаться, что приводит к появлению так называемых усталостных повреждений.

Самая первая стадия проявления разрушения металла — это образование микротрещин на структурном уровне, которые появляются по границам зерен и других составляющих. При дальнейшем нагружении на конструкцию, микротрещины превращаются в макротрещины, что является основной причиной окончательного разрушения образца при проведении механических испытаний или детали конструкции в рабочем процессе.

Чтобы наглядно показать данный процесс разрушения металлов, используют кривую усталости. Она показывает зависимость между максимальным напряжением и числом циклов нагружения, начиная с момента образования микротрещины до момента окончательного разрушения образца или детали.