什么是金属疲劳?

金属疲劳定义

在操作条件下通过进步压裂的金属成分的意外失效被称为金属疲劳。部件的局部过度放置有时会产生小裂缝(由于制造缺陷,裂缝也可以存在于组件中),其缓慢地保持随后的操作循环和金属部分保持弱化。当裂缝生长到临界大小时,组件在没有任何警告标志的情况下发生灾难性地失败。这种失败称为金属疲劳失效。金属疲劳失败发生在三个阶段:

  1. 裂缝启动
  2. 裂缝繁殖,和
  3. 金属衰竭

根据金属类型,失败的表面出现不同,并且不遵循类似于韧性裂缝表面的特定规则。

影响金属疲劳的因素

部分的金属疲劳与压力循环的数量直接相关,并对其施加的应力值。如果局部应力保持在定义的值以下,则金属上没有任何疲劳失效,并且该部件将符合无限的时间令人满意。限制值被称为该材料的耐久极限。

金属疲劳受到孔,凹口和键等孔的存在的存在影响。应力集中在应力升降机存在下局部增加。金属的最终拉伸强度,硬度及其处理疲劳载荷的能力在一定程度上有所关系。通常,拉伸强度和硬度越高,金属疲劳时的疲劳越多是当受到高波动负载时的疲劳。

组件的表面光洁度也在金属疲劳失效中起着很大的作用。光滑的表面增加了疲劳寿命。

金属疲劳失败的类型

根据金属部件发生疲劳失败的不同,它们可以分为如下所述的各种类型:

  • 热疲劳失效: 温度变化施加了组分中的这种类型的金属疲劳。温度变化可能是因为运行参数或环境因素。
  • 由于温度和压力循环引起的疲劳失效: 温度和压力循环两种组合可以诱导材料中这种类型的疲劳失效。
  • 腐蚀疲劳失败: 高度腐蚀性环境可能导致这种类型的金属疲劳。初始裂缝通常通过腐蚀产生,这也劣化了金属表面和金属疲劳趋势增加。
  • 振动疲劳失效: 振动疲劳在由于振动引起的部件中产生。机械设备的连续振动可能导致裂缝产生,随后导致疲劳失效。这种类型的金属疲劳是因为随着时间的推移发生的应力,包括腐蚀和振动疲劳失效。

如何识别金属疲劳?

有几种方法可用于确定金属开始变疲劳:

  • 视力检查: 在一段时间之后,可以在视觉上检查裂缝或其他变形的检测。
  • 噪声分析: 通过噪声分析也可以理解金属疲劳的概率。通常,损坏的金属具有特定的嘎嘎作用噪音。
  • 超声波和X射线检测: 非破坏性超声波和X射线检测是找出任何裂缝证据的最佳方法。
  • 荧光染料: 它们使裂缝可见,这为疲劳启动提供了暗示。
  • 磁性粉末: 磁性颗粒检查可用于黑色金属材料以找出裂纹引发。

如何增加疲劳生活?

适当的工程考虑因素可以通过提高生命来减少金属疲劳。在设计组件时,需要考虑各种因素来增加其疲劳生活 -

  • 避免锋利的角落: 使用慷慨的半径将减少压力浓度水平,反过来会增加金属疲劳寿命。
  • 避免突然的横断面变化: 通过在横截面之间平滑过渡,可以增加金属的疲劳寿命。
  • 材料的疲劳寿命随着表面粗糙度的降低而增加。镜面抛光表面提供了非常好的疲劳寿命,因为抛光表面消除了应力升降机。
  • 良好的质量焊接没有夹杂物,气孔(孔隙度)或蜗杆孔可提高疲劳寿命。
  • 选择具有非常好的疲劳性能的材料。
  • 循环加载的表面处理这些表面。

确定金属的疲劳强度

为了确定实验室中材料的疲劳强度,按照标准指南制备试样。然后在疲劳检测设备中施加恒定已知的弯曲应力。当试样旋转时,施加到样品的任何外纤维的应力从最大拉伸到零变化到最大压缩和背部。测试机制计数旋转次数(循环),直到样本未能产生疲劳强度的结果。

通过对各种应力水平进行疲劳测试并找到失效的循环次数来绘制曲线。这种曲线是S-N曲线的流行。各种代码(ASME,BS,CEN等)从对数刻度提供S-N曲线从指定的应力级别的循环次数,直到故障的循环次数可以很容易地确定。下图显示了来自ASME代码的典型S-N曲线。

典型的疲劳曲线(S-N曲线)
典型的疲劳曲线(S-N曲线)

如何防止金属疲劳?

通过遵循适当的工程设计考虑,可以防止金属疲劳,并通过在设计阶段进行疲劳分析。在大多数情况下,在设计阶段预先已知循环载荷的部件。因此,可以使用这些数据疲劳分析来找出金属疲劳能力。各种软件具有执行不同组件的疲劳分析的功能

  • COMSOL Multiphysics.
  • ncode设计生活
  • Franc 2D / 3D
  • 限制疲劳分析的压力评估软件
  • efatigue.
  • Fe-Safe.
  • MSC疲劳
  • 凯撒二
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Anup Kumar Dey

我是一名机械工程师转向管道工程师。目前,我在一名高级管道压力工程师中工作。我对博客非常激烈,总是试图做独特的事情。本网站是我对博客世界的第一个冒险,目的是与世界各地的其他管道工程联系起来。

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