Mệt mỏi kim loại là quá trình tích tụ dần dần các hư hỏng vi mô trong kết cấu kim loại dưới tác động của các yếu tố bên ngoài, chúng càng ngày càng tiến triển thành những hư hỏng lớn hơn. Điều này xảy ra thường xuyên có thể dẫn đến kết quả rất tai hại.
Phát hiện và mô tả hiện tượng
Người đi tiên phong trong hiện tượng này là kỹ sư khai thác mỏ người Đức Wilhelm Albert, người vào năm 1829 đã mô tả sự mài mòn của kim loại dựa trên kết quả thí nghiệm của mình bằng cách sử dụng ví dụ về sự uốn cong lặp đi lặp lại của các liên kết của xích tời kéo mỏ trên một máy thí nghiệm do ông phát triển. Tuy nhiên, thuật ngữ "mỏi kim loại" chỉ được đưa ra vào năm 1839 bởi nhà khoa học người Pháp Jean-Victor Poncelet, người đã mô tả sự giảm độ bền của kết cấu thép dưới tác động của ứng suất tuần hoàn.
Một thời gian sau, kỹ sư người Đức August Wöller đã đóng góp vào lý thuyết về sự mỏi kim loại, cũng như thiết kế các cấu trúc kim loại chịu ứng suất tuần hoàn, xuất bản vào năm 1858-1870 kết quả thí nghiệm với sắt và thép trong điều kiện căng thẳng lặp lại -nén. Kết quả nghiên cứu của ông vào năm 1874 được trình bày dưới dạng đồ thị dưới dạng bảng bởi kiến trúc sư người Đức Lewis Spangenberg. Từ đó, biểu diễn trực quan mối quan hệ thu được giữa các biên độ của ứng suất chu kỳ và số chu kỳ trước khi cấu trúc kim loại bị phá hủy được gọi là biểu đồ Völler.
Kể từ đó, hiện tượng mỏi kim loại được định nghĩa rõ ràng là quá trình tích tụ theo thời gian của sự phá hủy cấu trúc kim loại dưới tác dụng của các ứng suất xen kẽ (thường là chu kỳ), dẫn đến sự thay đổi các tính chất của cấu trúc, hình thành các vết nứt trong đó, sự phát triển tiến triển của chúng và sự phá hủy vật liệu sau đó.
Hậu quả của sự mỏi kim loại
Mệt mỏi kim loại tăng dần có thể dẫn đến phá hủy các cấu trúc kim loại. Theo quy luật, điều này xảy ra trong quá trình hoạt động của chúng (khi tải trọng tối đa trên các cơ cấu được thực hiện), có thể dẫn đến tai nạn và thảm họa, bao gồm cả thương vong về người. Ví dụ về một số sự cố nổi tiếng nhất:
- Thảm họa đường sắt Versailles năm 1842, hậu quả là 55 người chết (nguyên nhân là do trục đầu máy bị gãy do mỏi).
- Vụ tai nạn tàu điện cao tốc ICE gần xã Eschede, Đức năm 1998, khiến 101 người chết và 88 người bị thương (ở tốc độ 200 km / h, bánh lốp trên tàu bị nổ).
- một tai nạn tại Sayano-Shushenskaya HPP vào năm 2009 (nguyên nhân là do hư hỏng mỏi các điểm lắp của tổ máy thủy điện của trạm, bao gồm cả vỏ tuabin).
Chống mỏi kim loại
Mòn kim loại thường được ngăn ngừa bằng cách thay đổi các bộ phận của kết cấu kim loại để tránh tải theo chu kỳ, hoặc bằng cách thay thế các vật liệu được sử dụng trong kết cấu bằng các vật liệu ít bị mỏi hơn. Ngoài ra, sự gia tăng đáng chú ý về độ bền của cấu trúc được cung cấp bởi một số phương pháp xử lý hóa học-nhiệt kim loại (thấm nitơ, nitrocarburizing, v.v.). Một phương pháp khác để chống mỏi kim loại là phun nhiệt, tạo ra một ứng suất nén trên bề mặt vật liệu, giúp bảo vệ các bộ phận kim loại khỏi bị gãy.
