Adakah anda benar-benar memahami kekuatan keletihan bahan logam?

 

I. Fenomena dan Ciri-ciri Keletihan Logam

 

1. Fenomena Kelesuan Logam

Pembentukan Retak: Di bawah tegasan berselang-seli atau terikan kitaran, bahan logam secara beransur-ansur membentuk rekahan kecil di kawasan bertekanan tinggi tempatan.

Penyebaran Retak: Retakan kecil ini berkembang secara beransur-ansur dari semasa ke semasa di bawah tekanan berterusan.

Kegagalan Patah: Apabila retakan merambat ke tahap tertentu, bahan yang tinggal tidak lagi dapat menanggung beban, yang membawa kepada keretakan lengkap komponen logam.

 

 

 

▲Rajah 1 Tekanan Kitaran Biasa

 

2. Ciri-ciri Keletihan Logam

Tiba-tiba: Kegagalan kelesuan logam sering berlaku secara tiba-tiba dari masa ke masa dan tidak mudah dikesan lebih awal.

Lokaliti: Kegagalan biasanya berlaku di kawasan tempatan yang mempunyai tekanan tinggi, dengan lokasi yang agak tertumpu.

Kepekaan: Kelesuan logam adalah sensitif kepada faktor persekitaran dan kecacatan. Sebagai contoh, kekasaran permukaan, tahap pengoksidaan, dan keadaan kakisan bahagian semuanya boleh menjejaskan kekuatan keletihan.

Kebergantungan Kitaran: Keletihan logam secara langsung berkaitan dengan tahap tegasan beban kitaran dan bilangan kitaran. Walaupun tahap tegasan berada di bawah kekuatan hasil bahan, pemuatan kitaran jangka panjang masih boleh menyebabkan kegagalan keletihan.

Sifat Statistik: Menurut statistik, kira-kira 80%-90% daripada kegagalan struktur kejuruteraan disebabkan oleh kelesuan logam.

 

 

 

▲Pelbagai jenis morfologi patah keletihan

 

 

II Klasifikasi Kelesuan Logam

 

1. Klasifikasi Mengikut Bilangan Beban Kitaran

Keletihan Kitaran Tinggi: Merujuk kepada keletihan di bawah tegasan rendah (tegasan kerja di bawah had hasil bahan, malah di bawah had keanjalan) dengan kitaran tegasan melebihi 100,000. Ini adalah jenis kegagalan keletihan yang paling biasa, juga dikenali sebagai keletihan tekanan. Prestasi keletihan kitaran tinggi diterangkan oleh keluk SN (keluk tekanan-kehidupan), yang menunjukkan bahawa untuk nisbah tegasan tertentu, semakin rendah tekanan, semakin lama hayatnya.

Keletihan Kitaran Rendah: Merujuk kepada keletihan di bawah tegasan tinggi (tegasan kerja hampir dengan had hasil bahan) atau keadaan terikan tinggi dengan kitaran tegasan di bawah 10,000 hingga 100,000. Oleh kerana ketegangan plastik berselang-seli memainkan peranan utama dalam kegagalan keletihan jenis ini, ia juga dipanggil kelesuan plastik atau keletihan terikan.

 

2. Klasifikasi Mengikut Bentuk Kegagalan Keletihan

Keletihan Terma: Kegagalan keletihan yang disebabkan oleh tegasan terma berulang akibat perubahan suhu.

Keletihan Kakisan: Kegagalan keletihan bahagian mesin di bawah tindakan gabungan beban berselang-seli dan media menghakis (seperti asid, alkali, air laut, gas aktif, dll.).

Keletihan Sentuhan: Merujuk kepada kegagalan lesu pada permukaan sentuhan bahagian mesin, di mana pitting atau penghancuran permukaan dan pengelupasan berlaku di bawah tekanan sentuhan berulang, yang membawa kepada kegagalan komponen.

 

 

III. Keluk Keletihan

 

 

 

▲Keluk Keletihan Bahan Logam

 

 

▲Keluk SN

 

Rajah di atas menggambarkan hubungan antara tekanan keletihan dan hayat keletihan, yang dikenali sebagai keluk SN, yang digunakan untuk menentukan had keletihan dan mewujudkan asas bagi kriteria tekanan keletihan.

Had Keletihan: Merujuk kepada penunjuk kekuatan keupayaan bahan untuk menahan bilangan kitaran tegasan yang tidak terhingga tanpa patah; had keletihan bersyarat merujuk kepada penunjuk kekuatan keupayaan bahan untuk menahan bilangan kitaran tegasan yang terhad tanpa patah. Kedua-duanya secara kolektif dirujuk sebagai kekuatan keletihan. Lebih besar kekuatan tegangan, lebih besar had keletihan.

 

 

IV. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Kelesuan Bahan Logam

 

1. Bentuk dan Saiz Komponen

Bahagian mekanikal sebenar tidak dapat tidak mempunyai bentuk takuk yang berbeza, seperti tangga, alur kekunci, benang dan lubang minyak, yang menyebabkan kepekatan tekanan dan menjejaskan kekuatan keletihan.

Kesan saiz bahagian juga merupakan pertimbangan penting. Bahagian yang lebih besar berbanding dengan sampel yang lebih kecil mungkin mempunyai lebih banyak kepekatan tegasan dan kecerunan tegasan, yang menjejaskan prestasi keletihan.

2. Kemasan Permukaan

Kemasan permukaan yang rendah boleh menyebabkan kepekatan tegasan pada permukaan bahan, dengan itu mengurangkan kekuatan keletihan bahan. Sebagai contoh, pemesinan kasar (putaran kasar) berbanding penggilap halus membujur boleh mengurangkan had keletihan sebanyak 10% hingga 20% atau lebih.

3. Syarat Perkhidmatan

Persekitaran kerja, seperti kehadiran media yang menghakis, boleh menyusup retakan mikro dan menggalakkan kegagalan keletihan komponen.

Bahan aeroangkasa yang digunakan dalam keadaan iklim yang kompleks, seperti suhu tinggi, kelembapan tinggi dan suhu rendah, juga boleh menjejaskan prestasi keletihannya.

4. Komposisi Bahan

Komposisi bahan logam secara langsung mempengaruhi prestasi keletihannya. Sebagai contoh, peningkatan kandungan karbon mengurangkan kekuatan patah martensit dan meningkatkan kecenderungan untuk memadamkan keretakan.

5. Negara Organisasi

Struktur mikro bahan logam mempunyai kesan yang ketara terhadap kekuatan keletihannya. Struktur yang diperoleh selepas pelindapkejutan dan pembajaan boleh meningkatkan lagi kekuatan keletihan.

6. Kesucian

Kecacatan seperti kemasukan dalam bahan boleh menjadi sumber keletihan, mengurangkan kekuatan keletihan.

7. Tekanan Baki

Kehadiran tegasan sisa juga boleh menjejaskan prestasi keletihan bahan.

8. Kekuatan dan Keplastikan Bahan

Lebih baik kekuatan dan keplastikan bahan logam, lebih tinggi keupayaannya untuk menahan kegagalan keletihan.

9. Amplitud Tegasan

Magnitud amplitud tegasan secara langsung mempengaruhi hayat keletihan logam.

10. Purata Tekanan

Magnitud dan sifat (tegangan atau mampatan) bagi tegasan min juga mempengaruhi prestasi keletihan logam.

11. Bilangan Kitaran

Kegagalan kelesuan logam biasanya berlaku selepas beberapa kitaran tertentu.

12. Kesan Kepekatan Tekanan

Perubahan mendadak dalam kontur bahagian atau ketakselanjaran dalaman (seperti liang, kemasukan, retakan, dll.) boleh menjadi sumber kepekatan tekanan, mempercepatkan proses kegagalan keletihan.

 

 

Kaedah V untuk Menentukan Lengkung Keletihan

Kaedah untuk menentukan lengkung keletihan, khususnya lengkung SN, adalah pendekatan penting untuk menilai prestasi keletihan bahan di bawah tegasan atau terikan kitaran.

 

1. Menentukan Tujuan dan Syarat Ujian

Tentukan dengan jelas jenis bahan yang akan diuji, julat tahap tegasan, kekerapan dan parameter lain.

Pilih peralatan ujian yang sesuai, seperti mesin ujian kelesuan, dan laraskan serta kalibrasikannya mengikut keperluan ujian.

2. Menyediakan Spesimen

Sediakan spesimen yang memenuhi keperluan berdasarkan piawaian yang berkaitan dan keperluan ujian.

Ukur dan rekod dengan tepat dimensi, berat dan parameter lain spesimen.

3. Memasang Spesimen

Pasang spesimen pada mesin ujian kelesuan, memastikan penjajaran antara paksi spesimen dan paksi pemuatan.

Untuk ujian yang memerlukan lekapan atau peranti khas, pasang dan laraskannya mengikut keperluan.

4. Menetapkan Parameter Ujian

Berdasarkan tujuan dan keadaan ujian, tetapkan bentuk gelombang pemuatan (cth, gelombang sinus, gelombang persegi), tahap beban, kekerapan dan parameter lain.

Untuk ujian yang perlu mensimulasikan keadaan kerja sebenar, tetapkan parameter persekitaran yang sepadan seperti suhu dan kelembapan.

5. Memulakan Ujian dan Merekod Data

Mulakan mesin ujian dan mulakan pemuatan kitaran.

Semasa ujian, rekod data seperti beban, anjakan, dan masa untuk setiap kitaran.

Pantau ubah bentuk dan kegagalan spesimen, dan rekod tepat pada masanya bilangan dan bentuk kegagalan keletihan.

6. Memplot Lengkung SN

Berdasarkan data ujian, plotkan lengkung SN dengan aras tegasan (S) sebagai paksi mengufuk dan logaritma hayat lesu (N, iaitu bilangan kitaran) sebagai paksi menegak.

Keluk SN biasanya terdiri daripada tiga bahagian: rantau kelesuan kitaran rendah, wilayah keletihan hayat terhingga dan wilayah keletihan kitaran tinggi. Bahagian ini boleh dibahagikan dan dilabelkan mengikut data ujian.

7. Analisis dan Tafsiran Data

Menganalisis data lengkung SN, termasuk pengiraan dan perbandingan parameter seperti cerun dan pintasan.

Mentafsir prestasi keletihan dan ciri hayat bahan berdasarkan bentuk dan parameter lengkung SN.

Menggabungkan maklumat tentang struktur mikro bahan dan komposisi kimia untuk menganalisis mekanisme dan faktor yang mempengaruhi kegagalan keletihan.