金屬疲勞
金屬疲勞,是指在材料科學領域,物件因持續受到動態變化的應力而造成結構劣化。引起疲勞的動態變化應力通常遠小於靜態的極限拉伸應力或極限屈變應力。疲勞是漸進且局部的結構損壞過程,由於長時間日積月累而產生,所引起的破裂往往在毫無預警的情況下發生,可能直接導致事故(例如空難)的發生,因此相關的預防、檢查、處理格外重要。
目錄
簡介
金屬疲勞在日常生活中隨處可見,例如將鐵絲或迴紋針反覆折拗幾次後便會斷裂。
疲勞現象發生於物件反覆受應力時,可大致分為三階段: 若應力超過一定閾值,在高應力集中點會形成微小裂縫(應力集中點包括:表面刮痕、尖銳填角、鍵槽、缺口等),接者,隨着每次的循環應力,裂縫逐漸擴張。最後一旦裂縫達到一臨界尺寸,裂縫將快速擴展,物件斷裂。物件設計的形狀會顯著地影響疲勞壽命, 例如,方孔和尖角凹槽會提高局部應力,裂縫較容易產生。相反地,若改成圓孔和圓滑凹槽,裂縫較不容易產生[1]。
疲勞壽命
影響疲勞壽命的因素
- 表面處理: 機械切削的過程中,難免有留下微小的刮痕,凹痕處往往是應力集中處,也是降低疲勞壽命的元兇。此時,可採用珠擊處理(shot peening),藉由使物件表面產生殘留壓縮應力,抵消外來的拉伸應力,進而增加疲勞壽命。類似珠擊有高速敲擊的製程稱為peening。另外,低塑性滾軋(Low plasticity burnishing)、激光強化(laser peening)、超音波衝擊處理(ultrasonic impact treatment)等較新穎的方法也可以產生表面殘留壓縮應力以增加疲勞壽命。
- 溫度 : 極高溫或低溫會降低疲勞強度。劇烈的溫差會造成熱應力,而材料在低溫時脆性較高,高溫時易氧化或腐蝕。
視頻
金屬疲勞 相關視頻
參考文獻
- ↑ 概述金屬疲勞產生的原因及影響因素,中國機電網 ,2018-10-30
- ↑ 金屬3D打印技術在軌道交通裝備領域的應用研究現狀 ,搜狐,2019-10-30