Wat is metaalvermoeidheid?

Metaalmoeheid kan zonder waarschuwing catastrofale storingen veroorzaken, zoals een ventilatorblad dat losraakt van een straalmotor, met schade of zelfs de dood tot gevolg. Om metaalmoeheid te begrijpen en te voorkomen, moeten we eerst iets over spanningen in metalen begrijpen.

Stress kan op verschillende manieren worden toegepast. Er ontstaat bijvoorbeeld trekspanning op de buitenstraal van een gebogen stuk metaaldraad. Tegelijkertijd treedt drukspanning op aan de binnenstraal van de bocht. Door de bocht om te keren, worden de compressie- en trekspanningen omgekeerd.

Als ze keer op keer worden herhaald, zullen dergelijke spanningsconcentraties microscheurtjes veroorzaken. Als de spanningen aanhouden, zullen de scheuren groeien. En omdat de scheuren klein zijn, kan er weinig of geen zichtbare waarschuwing zijn. Het resultaat kan een onvoorspelbare metaalmoeheidsfout zijn.

Stress die metaalmoeheid veroorzaken

Naast buig- of radiale spanningen kunnen andere soorten spanningen metaalmoeheid veroorzaken. Er kan een defect zijn dat wordt veroorzaakt door het fabricageproces of in het materiaal zelf. Verhoogde metaalmoeheid kan ook optreden als gevolg van corrosie, rotatie van onderdelen, temperatuur, slijtage of constructief ontwerp. De randen van gaten hebben bijvoorbeeld de neiging om de spanning te concentreren, maar het gat kan ergens anders worden geplaatst, waardoor het onderdeel minder vatbaar is voor vermoeidheid.

De spanningen die metaalmoeheid veroorzaken, zijn meestal lager dan de uiteindelijke treksterkte van het materiaal . Ingenieurs die een onderdeel ontwerpen, moeten begrijpen hoeveel herhaalde spanning het onderdeel aankan, en dat hangt gedeeltelijk af van de vermoeiingssterkte van het metaal.

Vormen van materiaalmoeheidsproblemen

Metaalmoeheidsfalen kan worden weerspiegeld in verschillende vormen van vermoeidheid, waaronder:

• Thermische vermoeidheidsfout . Dit type metaalmoeheid treedt op als gevolg van temperatuurveranderingen. Deze veranderingen kunnen worden veroorzaakt door omgevingsfactoren en temperatuurschommelingen door het in- en uitschakelen van applicaties.
• Fout door corrosiemoeheid . Vaak vanwege corrosieve omgevingen die het metaal beschadigen. Corrosie kan in eerste instantie scheuren veroorzaken die mechanische schade en vermoeidheid kunnen veroorzaken.
• Fout door trillingsmoeheid . Zoals de naam al aangeeft, is trillingsmoeheid het gevolg van trillingsschade die leidt tot scheuren en spanningen wanneer apparatuur functioneert op een niveau dat buiten de operationele normen valt.
• Mechanisch defect . Dit type metaalmoeheid is te wijten aan spanningen die in de loop van de tijd optreden en omvat onder meer het optreden van corrosie en trillingsmoeheid.

Ontwerpoverwegingen voor het bepalen van de sterkte van metaalvermoeidheid

Verschillende materialen hebben verschillende vermoeiingssterkten. Om de vermoeiingssterkte van een materiaal te bepalen, zullen ingenieurs meerdere identieke exemplaren testen onder verschillende cyclische belastingen totdat ze breken. Veel van dergelijke datapunten kunnen vervolgens in een grafiek worden uitgezet om de vermoeiingsgrens van het materiaal te bepalen.

Met behulp van deze bekende waarde kunnen bouwkundig ingenieurs een softwarematige vermoeiingsanalyse van een onderdeelontwerp uitvoeren. Indien nodig kunnen ze het onderdeel opnieuw ontwerpen om interne spanningen te minimaliseren. Of ze kunnen een ander materiaal specificeren dat beter bestand is tegen vermoeiingsbelasting.

Technische ontwerpen waarbij metaalmoeheid door herhaalde belasting problemen kan veroorzaken, zijn onder meer:

• Straalmotor-turbofans met roterende propellers
• Lichaamsdelen van vliegtuig
• Off-road fietsen
• Bruggen met verkeers- en windtrillingen
• Auto-ophanging
• Productieapparatuur
• Elk onderdeel onder trillingsbelasting

Overwegingen met betrekking tot metaalmateriaal

Het selecteren van het juiste metalen materiaal voor uw toepassing kan metaalmoeheid aanzienlijk verminderen en voorkomen. Metalen die corrosiebestendig zijn en warmtegeleiding mogelijk maken, zijn beter geschikt voor toepassingen die onderhevig zijn aan uitdagende omgevingen. We kunnen materiaaltestrapporten verzenden voor alle aluminium, roestvrij staal en staalplaten en -platen, evenals lange producten.

Luchtvaartmetaalmoeheid

Metaalmoeheid in vliegtuigen komt veel voor vanwege de cyclische aard van druk en spanning op vliegtuigonderdelen en componenten. Na verloop van tijd kunnen kleine scheurtjes groter en groter worden, waarbij metaalmoeheid een factor kan worden die bijdraagt ​​aan mechanisch en structureel falen.

Druk, atmosferische blootstelling en algemene vliegomstandigheden kunnen aluminium en koolstofstaal verzwakken en roestvrijstalen vliegtuigonderdelen. Belangrijkste gebieden waar metaalmoeheid optreedt in vliegtuigen:

• Externe gebieden zoals skins die functioneren onder structurele druk
• Interne gebieden waar dragende componenten worden blootgesteld aan omgevingen met hoge belasting

Routinematig onderhoud en inspectie kunnen metaalmoeheid in de luchtvaart helpen compenseren, terwijl het polijsten van de metalen oppervlakken van het vliegtuig ook de effecten van scheuren en vermoeidheid kan vertragen.

Voorkom metaalvermoeidheid met hoogwaardige metalen materialen

Het juiste ontwerp en de juiste materiaalkeuze kunnen metaalmoeheid enorm verminderen, terwijl polijsten de effecten van slijtage van de toepassing. IMS kan materiaaltestrapporten verzenden voor alle aluminium, roestvrij staal en staalplaten en -platen, evenals lange producten.

Industrial Metal Supply heeft een uitgebreide voorraad metaal en metalen accessoires. Bezoek vandaag nog een van onze zes locaties in Californië en Arizona.