Was sind Metallspannungen und Metallermüdung?

Alle Metalle verformen sich (strecken oder stauchen), wenn sie mehr oder weniger beansprucht werden. Diese Verformung ist ein sichtbares Zeichen für eine Metallverformung.

In der Metallurgie kann Dehnung als die Deformation eines Metalls aufgrund von Spannung definiert werden. Mit anderen Worten, es ist ein Maß dafür, wie stark ein Metall im Vergleich zu seiner ursprünglichen Länge gedehnt oder gestaucht wurde. Wenn die Länge eines Metalls aufgrund von Spannung zunimmt, spricht man von einer Zugbelastung.

Aber wenn es eine Längenreduzierung gibt, ist das eine Druckspannung.

Metallspannung in duktilen (biegsamen) Materialien

Einige Metalle (wie Edelstahl und viele andere Legierungen) geben unter Spannung nach. Dies ermöglicht es ihnen, sich zu biegen oder zu verformen, ohne zu brechen. Andere Metalle, wie Gusseisen, brechen und brechen schnell unter Spannung. Sogar Edelstahl schwächt sich jedoch ab und bricht unter ausreichender Belastung.

Metalle wie kohlenstoffarmer Stahl verbiegen sich, anstatt unter Spannung zu brechen. Bei einem gewissen Stress erreichen sie jedoch einen wohlverstandenen "yield point". Wenn sie die Fließgrenze erreichen, wird das Metall "verfestigt". Dies bedeutet, dass mehr Spannung erforderlich ist, um das Metall weiter zu verformen. Das Metall wird weniger duktil oder biegbar. In gewissem Sinne macht dies das Metall härter. Aber während Kaltverfestigung die Verformung des Metalls erschwert, macht es das Metall auch spröder. Sprödes Metall kann leicht brechen oder ausfallen.

Metallische Spannung in spröden Materialien

Einige Metalle sind intrinsisch spröde, was bedeutet, dass sie besonders bruchgefährdet sind. Spröde Metalle umfassen Stähle mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt. Im Gegensatz zu duktilen Materialien haben diese Metalle keine genau definierte Fließgrenze. Stattdessen brechen sie, wenn sie ein bestimmtes Stresslevel erreichen.

Spröde Metalle verhalten sich sehr ähnlich wie andere spröde Materialien wie Glas, Stein und Beton. Wie diese Materialien sind sie in gewisser Weise stark - aber weil sie sich nicht biegen oder strecken können, sind sie für bestimmte Verwendungen nicht geeignet.

Messung der Metallspannung

Das häufigste Maß für die Dehnung von Metallen ist die technische Spannung. Die technische Spannung kann als die Änderung der Länge dividiert durch die ursprüngliche Länge berechnet werden. Zum Beispiel soll eine 2. 0 "Titanstange, die auf 2. 2" gestreckt worden ist, eine Zugbelastung von 0,1 oder 10% erfahren haben.

Metallische Ermüdung durch Metallspannung

Wenn duktile Metalle belastet werden, verformen sie sich. Wenn die Spannung entfernt wird, bevor das Metall seine Fließgrenze erreicht, kehrt das Metall in seine frühere Form zurück. Während das Metall scheinbar in seinen ursprünglichen Zustand zurückgekehrt ist, sind jedoch auf molekularer Ebene winzige Fehler aufgetreten.

Jedes Mal, wenn sich das Metall verformt und dann in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, treten mehr molekulare Fehler auf.Nach vielen Verformungen gibt es so viele molekulare Fehler, dass das Metall reißt. Wenn dies auftritt, wird es als "Metallermüdung" beschrieben. Metallermüdung ist irreversibel.

Die Metallermüdung ist besonders in Situationen problematisch, in denen Metall immer und immer wieder beansprucht wird.

Zum Beispiel war es eine Hauptursache für Flugzeugversagen, bevor es vollständig verstanden wurde. Um Metallermüdung zu vermeiden, ist es wichtig, Proben von Metall unter Belastung mit einem Mikroskop regelmäßig zu untersuchen.