Επιδράσεις της στελέχους μετάλλου και της κόπωσης

Όλα τα μέταλλα παραμορφώνονται (τεντώνονται ή συμπιέζονται) όταν υφίστανται τάση, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Αυτή η παραμόρφωση είναι ένα ορατό σημάδι μεταλλικού στελέχους.

Στη μεταλλουργία, το στέλεχος μπορεί να οριστεί ως η παραμόρφωση ενός μετάλλου λόγω στρες. Με άλλα λόγια, είναι ένα μέτρο του πόσο ένα μέταλλο έχει τεντωθεί ή συμπιεστεί σε σύγκριση με το αρχικό του μήκος. Εάν υπάρχει μια αύξηση του μήκους ενός τεμαχίου μετάλλου λόγω της καταπόνησης, αυτό αναφέρεται ως εφελκυστική καταπόνηση. Αλλά εάν υπάρχει μείωση του μήκους, αυτό είναι θλιπτικό στέλεχος.

Πλαστικά (εύκαμπτα) υλικά

Μερικά μέταλλα (όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας και πολλά άλλα κράματα) αποδίδουν υπό τάση. Τους επιτρέπει να κάμπτονται ή να παραμορφώνονται χωρίς να σπάσουν. Άλλα μέταλλα, όπως ο χυτοσίδηρος, θραύση και σπάσιμο γρήγορα υπό άγχος. Ακόμη και ο ανοξείδωτος χάλυβας τελικά αποδυναμώνει και σπάει κάτω από αρκετό στρες.

Τα μέταλλα, όπως ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, κάμπτονται παρά σπάζουν υπό τάση. Σε ένα ορισμένο επίπεδο άγχους, όμως, φτάνουν σε ένα καλά κατανοητό "σημείο απόδοσης". Μόλις φθάσουν στο σημείο απόδοσης, το μέταλλο γίνεται «στεγανό στέλεχος». Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται περισσότερη πίεση για να παραμορφωθεί περαιτέρω το μέταλλο. Το μέταλλο γίνεται λιγότερο εύπλαστο ή εύκαμπτο. Από μία άποψη, αυτό κάνει το μέταλλο πιο δύσκολο. Αλλά ενώ η σκλήρυνση του στελέχους καθιστά δυσκολότερη την παραμόρφωση του μετάλλου, κάνει το μέταλλο πιο εύθραυστο. Το κομψό μέταλλο μπορεί να σπάσει ή να αποτύχει, αρκετά εύκολα.

Εύθραυστα υλικά

Ορισμένα μέταλλα είναι εγγενώς εύθραυστα, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε κάταγμα. Τα εύθραυστα μέταλλα περιλαμβάνουν χάλυβες μεσαίου και υψηλού άνθρακα. Σε αντίθεση με τα όλκιμα υλικά, αυτά τα μέταλλα δεν έχουν ένα καλά καθορισμένο σημείο απόδοσης. Αντίθετα, όταν φτάσουν σε κάποιο επίπεδο άγχους, σπάσουν.

Τα εύθραυστα μέταλλα συμπεριφέρονται πολύ όπως και άλλα εύθραυστα υλικά όπως το γυαλί, η πέτρα και το σκυρόδεμα. Όπως αυτά τα υλικά, είναι ισχυρά με ορισμένους τρόπους - αλλά επειδή δεν μπορούν να λυγίσουν ή να τεντώσουν, δεν είναι κατάλληλα για ορισμένες χρήσεις.

Μέτρηση στέλεχος μετάλλων

Η πιο συνηθισμένη μέτρηση της τάσης στα μέταλλα ονομάζεται μηχανική καταπόνηση. Η μηχανική καταπόνηση μπορεί να υπολογιστεί ως η μεταβολή του μήκους διαιρούμενη με το αρχικό μήκος. Για παράδειγμα, μια ράβδος τιτανίου 2.0 "που έχει τεντωθεί στα 2.2" λέγεται ότι έχει βιώσει μια τάση εφελκυσμού 0.1 ή 10 τοις εκατό.

Κόπωση μετάλλων που προκύπτει από μεταλλικό στέλεχος

Όταν τα όλκινα μέταλλα τείνουν, παραμορφώνονται. Εάν η τάση αφαιρεθεί πριν το μέταλλο φθάσει στο σημείο απόκλισης του, το μέταλλο επιστρέφει στο προηγούμενο σχήμα του. Ενώ το μέταλλο φαίνεται ότι επέστρεψε στην αρχική του κατάσταση, ωστόσο, εμφανίστηκαν μικροσκοπικά ελαττώματα σε μοριακό επίπεδο.

Κάθε φορά που το μέταλλο παραμορφώνεται και στη συνέχεια επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα, εμφανίζονται περισσότερα μοριακά σφάλματα. Μετά από πολλές παραμορφώσεις, υπάρχουν τόσες πολλές μοριακές βλάβες που το μέταλλο ρωγμές. Όταν συμβαίνει αυτό, περιγράφεται ως "κόπωση μετάλλου". Η κόπωση των μετάλλων είναι μη αναστρέψιμη.

Η κόπωση των μετάλλων είναι ιδιαίτερα προβληματική σε καταστάσεις όπου το μέταλλο καταπονούνται ξανά και ξανά. Για παράδειγμα, ήταν μια σημαντική αιτία για την αποτυχία του αεροσκάφους προτού γίνει πλήρως κατανοητό. Για να αποφύγετε την κόπωση μετάλλων, είναι σημαντικό να εξετάζετε δείγματα μετάλλων υπό τάση χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο τακτικά.