Metalliosien väsyminen ja väsymysmurtuminen

2022-08-09

Väsymismurtuma on yksi tärkeimmistä metalliosien murtumisen muodoista. Wöhlerin klassisen väsymystyön julkaisusta lähtien eri materiaalien väsymisominaisuudet eri kuormituksissa ja ympäristöolosuhteissa testattuna on täysin tutkittu. Vaikka useimmat insinöörit ja suunnittelijat ovat huomanneet väsymisongelmia ja kokeellista tietoa on kertynyt runsaasti, on edelleen paljon laitteita ja koneita, jotka kärsivät väsymismurtumasta.
Mekaanisten osien väsymismurtumavaurioita on monia muotoja:
* Vaihtelevien kuormien eri muotojen mukaan se voidaan jakaa: jännitys- ja puristusväsymys, taivutusväsymys, vääntöväsymys, kosketusväsymys, tärinäväsymys jne.;
*Väsymysmurtumien kokonaissyklien koon (Nf) mukaan se voidaan jakaa: korkean syklin väsymys (Nf>10⁵) ja matalasyklinen väsymys (Nf<10⁴);
*Käytettävien osien lämpötilan ja keskitason olosuhteiden mukaan se voidaan jakaa: mekaaninen väsymys (normaali lämpötila, väsymys ilmassa), korkean lämpötilan väsymys, matalan lämpötilan väsymys, kylmä- ja lämpöväsymys sekä korroosioväsymys.
Mutta on olemassa vain kaksi perusmuotoa, nimittäin leikkausjännityksen aiheuttama leikkausväsymys ja normaalin rasituksen aiheuttama normaali murtumaväsymys. Muut väsymysmurtuman muodot ovat näiden kahden perusmuodon yhdistelmä eri olosuhteissa.
Monien akselin osien murtumat ovat enimmäkseen rotaatiotaivutusväsymysmurtumia. Kiertotaivutusväsymysmurtuman aikana väsymislähdealue yleensä ilmestyy pinnalle, mutta kiinteää paikkaa ei ole, ja väsymislähteiden lukumäärä voi olla yksi tai useampi. Väsymislähdevyöhykkeen ja viimeisen murtumisvyöhykkeen suhteelliset paikat ovat yleensä aina käänteisiä kulman verran akselin pyörimissuuntaan nähden. Tästä voidaan päätellä akselin pyörimissuunta väsymislähdealueen ja viimeisen murtumaalueen suhteellisesta sijainnista.
Kun akselin pinnalla on suuri jännityspitoisuus, voi esiintyä useita väsymislähteitä. Tässä vaiheessa viimeinen murtuma-alue siirtyy kuilun sisäpuolelle.