ความแข็งแรงต่อความล้าและความล้าของวัสดุ – ขีดจำกัดความล้า เส้นโค้งโวห์เลอร์ และจำนวนรอบ

ความล้าของวัสดุ เป็นกระบวนการของการก่อตัวและการพัฒนาความเสียหายอย่างค่อยเป็นค่อยไปภายใต้อิทธิพลของแรงกระทำซ้ำๆ หรือแรงกระทำที่เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจนำไปสู่การแตกร้าวและในที่สุดก็ทำให้ชิ้นส่วนเสียหายได้ แม้ว่าความเค้นสูงสุดระหว่างการใช้งานจะต่ำกว่าก็ตาม ความแข็งแรงดึง Rmและในหลายกรณีก็ต่ำกว่าด้วย ความแข็งแรงคราก Re หลุบ Rp0,2.
ความแข็งแรงเมื่อยล้า อธิบายถึงความต้านทานของวัสดุต่อการรับแรงแบบวัฏจักร การวิเคราะห์ความล้าใช้จำนวนรอบการแตกหัก N และแอมพลิจูดของความเค้น σ เป็นต้น_aความเครียดเฉลี่ย σ_m และเส้นโค้งความล้า รวมถึง เส้นโค้ง Wöhler SN.
ความล้าเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบเพลา แกนล้อ เฟือง สปริง ชิ้นส่วนยานยนต์ โครงสร้างเหล็ก เครื่องจักร กังหัน ชิ้นส่วนอากาศยาน และชิ้นส่วนทั้งหมดที่ต้องรับภาระเปลี่ยนแปลงซ้ำๆ

ความล้าของวัสดุคืออะไร?

ความเหนื่อยล้าเป็นกลไกความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับ การกระทำแบบวัฏจักรของความเค้นหรือความเครียด.
ในระหว่างรอบการทำงานเดียว แรงกระทำอาจต่ำเกินไปที่จะทำให้วัสดุเสียหายในทันที อย่างไรก็ตาม การทำงานซ้ำหลายรอบอาจนำไปสู่การเริ่มต้นของรอยแตกขนาดเล็ก การพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไป และการแตกหักของชิ้นส่วนในที่สุด
กระบวนการความล้าสามารถสรุปได้ดังนี้:

การเริ่มต้นการแตกร้าว
การลุกลามของรอยแตกเนื่องจากความล้า
การทำลายล้างอย่างรุนแรงครั้งสุดท้ายของส่วนตัดขวางที่เหลืออยู่

เหตุใดวัสดุจึงอาจแตกหักได้ต่ำกว่าจุดคราคของมัน?

สถิติ คุณสมบัติทางกลค่าต่างๆ เช่น Rm, Re และ Rp0,2 ไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของวัสดุภายใต้แรงกระทำซ้ำๆ นับล้านครั้งได้อย่างครบถ้วน
ความเค้นเฉพาะจุดอาจกระจุกตัวอยู่ในบริเวณเล็กๆ ของวัสดุ โดยเฉพาะบริเวณใกล้เคียงกับ:

รอยบาก
รู
ด้าย
ร่องลิ่ม,
รอยเชื่อม
การเปลี่ยนแปลงในภาคตัดขวาง
ข้อบกพร่องบนพื้นผิว
สิ่งเจือปนและความไม่ต่อเนื่องอื่นๆ

ในบริเวณดังกล่าว กระบวนการเฉพาะที่ซึ่งนำไปสู่การเริ่มต้นของรอยแตกอาจเกิดขึ้นได้ แม้ว่าความเค้นระบุขององค์ประกอบทั้งหมดจะต่ำกว่า Rm มากก็ตาม

วงจรความเหนื่อยล้าคืออะไร?

วัฏจักรความล้า หมายถึง การเปลี่ยนแปลงอย่างสมบูรณ์ของภาระหรือความเครียดตามเส้นทางที่กำหนด
ระดับความตึงเครียดอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่:

σ_{แม็กซ์} – ความเครียดสูงสุด
σ_นาที – ลดความเครียดให้น้อยที่สุด

จากข้อมูลเหล่านั้น เราสามารถกำหนดพารามิเตอร์พื้นฐานของรอบการโหลดได้

แอมพลิจูดความเค้น σa

ความกว้างของความเค้นเป็นตัวกำหนดครึ่งหนึ่งของช่วงการเปลี่ยนแปลงความเค้น:
σ_a = (σ_{แม็กซ์} – σ_นาที) / 2
ยิ่งความเค้นมีแอมพลิจูดสูงเท่าไร จำนวนรอบที่จำเป็นต่อการเกิดความล้มเหลวจากความล้าก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น โดยที่เงื่อนไขอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ความเค้นเฉลี่ย σm

ค่าความเค้นเฉลี่ยต่อรอบคำนวณได้จากสูตร:
σ_m = (σ_{แม็กซ์} +σ_นาที) / 2
ความเครียดเฉลี่ยมีอิทธิพลอย่างมากต่ออายุการใช้งานที่เกิดจากความเหนื่อยล้า
โดยทั่วไปแล้ว ค่าเฉลี่ยความเค้นดึงที่เป็นบวกมักส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานเมื่อเกิดความล้ามากกว่าค่าเฉลี่ยความเค้นอัดที่สอดคล้องกัน

สัมประสิทธิ์ความไม่สมมาตรของวัฏจักร R

นอกจากนี้ ยังใช้ค่าสัมประสิทธิ์ต่อไปนี้ในการอธิบายวัฏจักร:
R = σ_นาที / σ_{แม็กซ์}
ตัวอย่างเช่น สำหรับโหลดที่สามารถกลับทิศทางได้อย่างสมบูรณ์:
σ_นาที = -σ_{แม็กซ์}
ดังนั้น:
R = -1
สำหรับรอบการสั่นแบบเป็นจังหวะจากศูนย์ถึงความเค้นดึงสูงสุด:
σ_นาที = 0
ดังนั้น:
R = 0
ควรระบุค่า R เมื่อเปรียบเทียบผลการทดสอบความล้า เนื่องจากลักษณะของรอบการทดสอบที่เปลี่ยนแปลงไปอาจส่งผลต่อผลลัพธ์อย่างมาก

ค่าอายุการใช้งานเนื่องจากความล้า (N) คืออะไร?

อายุความเหนื่อยล้า N หมายถึงจำนวนรอบการรับแรงที่วัสดุหรือชิ้นส่วนนั้นสามารถทนทานได้ก่อนที่จะเกิดความเสียหายตามเกณฑ์ที่กำหนดไว้
ตัวอย่างเช่น:

การแตกหักอย่างสมบูรณ์ของตัวอย่าง
การเกิดรอยแตกที่มีความยาวระดับหนึ่ง
บรรลุเกณฑ์อื่นที่ระบุไว้ในวิธีการทดสอบ

ดังนั้น เมื่อระบุค่า N จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าใช้เกณฑ์การยุติการทดสอบแบบใด

ความแข็งแรงเมื่อล้าคืออะไร?

ความแข็งแรงต่อความล้า หมายถึงระดับความเค้นที่เกี่ยวข้องกับอายุการใช้งานต่อความล้าที่เฉพาะเจาะจง ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่กำหนดไว้
ดังนั้น จึงไม่ใช่ค่าลักษณะเฉพาะสากลของวัสดุที่ไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบและสภาวะการรับแรง
ตัวอย่างเช่น คุณสามารถกำหนดความแข็งแรงต่อความล้าที่สอดคล้องกับ:
N = 10⁶ รอบ
หรือจำนวนรอบที่กำหนดไว้ตายตัวอื่นๆ

ขีดจำกัดความล้าคืออะไร?

ขีดจำกัดของความเหนื่อยล้า เป็นแนวคิดที่ใช้สำหรับวัสดุที่แสดงระดับความเค้นภายใต้สภาวะการรับแรงเฉพาะ ซึ่งต่ำกว่าระดับนั้นแล้ว จะไม่เกิดการทำลายล้างเมื่อจำนวนรอบเพิ่มขึ้นภายในช่วงการทดสอบที่กำหนดไว้
เหล็กกล้าหลายชนิดมีขีดจำกัดความล้าที่ชัดเจน แต่ โลหะและโลหะผสมบางชนิดไม่ได้แสดงขอบเขตแนวนอนที่แท้จริงบนเส้นโค้ง SN เสมอไป.
สำหรับวัสดุที่ไม่มีค่าขีดจำกัดความล้าที่ชัดเจน โดยทั่วไปจะระบุค่าความแข็งแรงต่อความล้าสำหรับจำนวนรอบที่กำหนดไว้

เส้นโค้ง Wöhler SN

หนึ่งในวิธีการพื้นฐานในการนำเสนอคุณสมบัติความล้าคือ เส้นโค้งโวห์เลอร์หรือเรียกอีกอย่างว่าเส้นโค้ง SN.
จดหมาย:

S หมายถึงความตึงเครียด
N หมายถึงจำนวนรอบที่จะถูกทำลาย

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างระดับภาระแบบวัฏจักรและจำนวนรอบที่ชิ้นงานสามารถทนทานได้
ความสัมพันธ์โดยทั่วไปเป็นดังนี้:

ความเครียดที่สูงขึ้น → จำนวนรอบก่อนเกิดความเสียหายที่น้อยลง
ความเครียดน้อยลง → จำนวนรอบก่อนล้มเหลวมากขึ้น

จำนวนรอบ N มักแสดงด้วยแกนลอการิทึม

เส้นโค้ง Wöhler เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในการหาเส้นโค้ง SN นั้น จะทำการทดสอบตัวอย่างหลายชุดที่ระดับการรับแรงแบบวัฏจักรที่แตกต่างกัน
สำหรับตัวอย่างแต่ละชิ้น จะมีการบันทึกจำนวนรอบการทำงานจนกระทั่งเกิดความเสียหายหรือถึงเกณฑ์ที่กำหนดไว้
จากผลการวิจัย พบความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและอายุการใช้งานที่เกิดจากความล้า
การทดสอบความเหนื่อยล้าแสดงให้เห็นถึงธรรมชาติ การกระจายทางสถิติดังนั้น การระบุลักษณะความล้าที่น่าเชื่อถือจึงต้องใช้จำนวนผลลัพธ์ที่เหมาะสมและการวิเคราะห์ทางสถิติที่ถูกต้อง

ความล้าจากการใช้งานหนัก (High Cycle Fatigue HCF)

HCF – ความเหนื่อยล้าจากการใช้งานซ้ำๆ สูง หมายถึง ความล้าจากการใช้งานซ้ำๆ สูง
ในช่วงนี้ การเสียรูปยืดหยุ่นขนาดเล็กมักจะเป็นหลัก และความทนทานอาจยาวนานหลายแสน หลายล้าน หรือมากกว่านั้น
ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและจำนวนรอบ หรือที่เรียกว่าเส้นโค้ง SN มักถูกนำมาใช้เพื่ออธิบาย HCF
ไม่มีจำนวนรอบการใช้งานที่แน่นอนตายตัวที่จะเป็นขอบเขตสากลระหว่างค่า HCF และ LCF สำหรับวัสดุและการใช้งานทุกประเภท

ความล้าจากการใช้งานในรอบต่ำ (LCF)

LCF – ความล้าจากการใช้งานในรอบต่ำ หมายถึง ความล้าจากการใช้งานในรอบต่ำ
ในกรณีนี้ ขนาดของแรงกระทำจะมากขึ้น และอาจทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกแบบวัฏจักรอย่างมีนัยสำคัญ
สำหรับการอธิบาย LCF ความสัมพันธ์ระหว่าง การเสียรูปและจำนวนรอบ.
ความล้าจากการใช้งานในรอบต่ำเกิดขึ้นในชิ้นส่วนที่ต้องรับภาระเปลี่ยนแปลงอย่างมาก การเริ่มและหยุดการทำงานเป็นรอบๆ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เป็นต้น

HCF และ LCF

ลักษณะ	เอช.ซี.เอฟ	CFL
Nazwa	ความล้าจากการใช้งานรอบสูง	ความล้าจากรอบต่ำ
การเปลี่ยนแปลงที่เด่นชัด	ส่วนใหญ่เป็นยางยืด	สัดส่วนที่สำคัญของการเสียรูปพลาสติก
แนวทางทั่วไป	ความเครียด – จำนวนรอบ SN	ความเครียด–จำนวนรอบ ε-N
จำนวนรอบ	ใหญ่กว่า	เล็กกว่า

ขอบเขตระหว่าง HCF และ LCF เป็นไปตามแบบแผนทั่วไปและขึ้นอยู่กับวัสดุและวิธีการวิเคราะห์ที่ใช้

สมการของ Basquin

ภายในช่วงความล้าสูงที่กำหนด ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นแอมพลิจูดและจำนวนรอบสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของ Basquin
รูปแบบหนึ่งที่ใช้บ่อยคือ:
σ_a = σ'_f(2N_f)^b
ที่ไหน:

σ_a – ความกว้างของความเครียด
σ'_f – ปัจจัยความแข็งแรงต่อความล้า
N_f - จำนวนรอบจนกว่าจะถูกทำลาย
b – ค่าเลขชี้กำลังความแข็งแรงเมื่อล้า

ค่าพารามิเตอร์ของสมการขึ้นอยู่กับวัสดุและเงื่อนไขการทดสอบ

สมการโลงศพ-แมนสัน

ในการวิเคราะห์ความล้าแบบรอบต่ำ ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของความเครียดพลาสติกและจำนวนรอบจนถึงจุดแตกหักมีความสำคัญ
สามารถอธิบายได้ด้วยสมการคอฟฟิน-แมนสัน:
ε_ap = ε'_f(2N_f)^c
ที่ไหน:

ε_ap – แอมพลิจูดของการเสียรูปพลาสติก
ε'_f – ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนียวเมื่อล้า
N_f - จำนวนรอบจนกว่าจะถูกทำลาย
c – ค่าเลขชี้กำลังความเหนียวเมื่อล้า

ในการวิเคราะห์การเสียรูปในทางปฏิบัติ จะต้องพิจารณาทั้งส่วนที่เป็นความยืดหยุ่นและส่วนที่เป็นพลาสติกของการเสียรูปทั้งหมด

ผลกระทบของความเค้นเฉลี่ยต่อความล้า

สองรอบที่มีแอมพลิจูด σ เท่ากัน_a อาจส่งผลให้ความทนทานแตกต่างกัน หากค่าความเค้นเฉลี่ย σ แตกต่างกัน_m.
ความเค้นเฉลี่ยแบบดึงมักส่งเสริมการเติบโตของรอยแตกและอาจลดอายุการใช้งานเมื่อเกิดความล้า
มีการใช้แบบจำลองและกราฟต่างๆ เพื่อพิจารณาผลกระทบของความเครียดเฉลี่ย ซึ่งรวมถึง:

กู๊ดแมน
ดอกเจอเบร่า
โซเดอร์เบิร์ก

แบบจำลองเหล่านี้มีข้อสมมติฐานและขอบเขตการใช้งานที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงไม่ควรนำมาใช้แทนกัน

ความเครียด สมาธิ และความเหนื่อยล้า

ความเหนื่อยล้ามีความไวต่อสิ่งนี้เป็นพิเศษ ความเข้มข้นของความเครียด.
รอยบากทางเรขาคณิตทำให้เกิดความเค้นเฉพาะจุดเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับค่าปกติ
เครื่องเพิ่มความเข้มข้นของแสงโดยทั่วไป ได้แก่:

มุมแหลมคม
รู
ด้าย
ร่องลิ่ม,
การตัดใต้
การเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างกะทันหัน
ข้อบกพร่องในการเชื่อม

ดังนั้น การออกแบบรูปทรงของส่วนเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง การใช้รัศมีที่เหมาะสม และการจำกัดรอยบากที่แหลมคม สามารถช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนได้อย่างมาก

สภาพพื้นผิวและความแข็งแรงต่อความล้า

รอยแตกร้าวจากความล้าส่วนใหญ่มักเริ่มต้นที่พื้นผิวของชิ้นส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ การดัดงอ และการบิดตัว
ความทนทานอาจได้รับผลกระทบจาก:

ความหยาบ
รอยขีดข่วนจากการผลิต
รอยขีดข่วน
หลุมกัดกร่อน,
การลดคาร์บอนที่ผิวหน้า
ข้อบกพร่องบนพื้นผิว

การปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวสามารถเพิ่มความต้านทานของชิ้นส่วนต่อการเกิดรอยแตกเนื่องจากความล้าได้

ความเค้นตกค้างและความล้า

ความเค้นตกค้างสามารถส่งผลต่ออายุการใช้งานจากการล้าได้เช่นเดียวกับความเค้นเฉลี่ย
ความเค้นตกค้างแบบอัดที่พื้นผิว อาจช่วยยับยั้งการเริ่มต้นและการพัฒนาของรอยแตกร้าวจากความล้าได้
ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีที่สร้างแรงอัดที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น:

บอลลิ่ง,
การกลิ้งพื้นผิว
กระบวนการปรับสภาพพื้นผิวบางอย่าง

อย่างไรก็ตาม แรงดึงตกค้างที่ไม่พึงประสงค์อาจลดความทนทานลงได้

อิทธิพลของขนาดองค์ประกอบ

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบกับตัวอย่างขนาดเล็กและเรียบในห้องปฏิบัติการนั้น ไม่ได้หมายความว่าจะสอดคล้องกับความทนทานของชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่เสมอไป
เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้ก็จะเกิดขึ้นด้วยเช่นกัน:

การกระจายความเค้น
ปริมาณวัสดุที่เสี่ยงต่อความเสียหาย
อิทธิพลของเทคโนโลยีการผลิต
สภาพพื้นผิว

ดังนั้น ค่าความล้าที่ได้จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการจึงไม่ควรนำไปใช้กับโครงสร้างจริงโดยตรงโดยปราศจากการวิเคราะห์ที่เหมาะสม

ผลกระทบของการกัดกร่อนต่อความล้า

การกระทำพร้อมกันของภาระแบบวัฏจักรและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนอาจนำไปสู่... ความล้าจากการกัดกร่อน.
การกัดกร่อน อาจก่อให้เกิดรอยบุ๋มและความเสียหายอื่นๆ บนพื้นผิว ซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดรวมความเค้นและส่งเสริมการเกิดรอยแตก
W สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน ความต้านทานต่อความล้าอาจต่ำกว่าเมื่อทดสอบในอากาศอย่างมาก

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความเหนื่อยล้า

อุณหภูมิสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งคุณสมบัติทางกลของวัสดุและกลไกที่ก่อให้เกิดความเสียหายจากความล้า
ที่อุณหภูมิสูง ความเหนื่อยล้าอาจเกิดขึ้นร่วมกับอาการดังต่อไปนี้:

คืบคลาน,
ออกซิเดชัน,
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระดับจุลภาค

ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว การวิเคราะห์ความทนทานจำเป็นต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ของกลไกความเสียหายต่างๆ ด้วย

ความเหนื่อยล้าจากความร้อน

ความเหนื่อยล้าจากความร้อน อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ ทำให้วัสดุเกิดการขยายตัวและหดตัวเป็นวัฏจักร
หากการเปลี่ยนแปลงขนาดอย่างอิสระมีข้อจำกัด หรือเกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญภายในชิ้นส่วน จะทำให้เกิดความเค้นทางความร้อนแบบวัฏจักรขึ้น
ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญในหลายด้าน เช่น:

แม่พิมพ์และเครื่องมือสำหรับงานขึ้นรูปด้วยความร้อน
กังหัน
เครื่องยนต์
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
การติดตั้งระบบพลังงาน
องค์ประกอบที่ได้รับความร้อนและความเย็นซ้ำๆ

ความเมื่อยล้าจากการสัมผัส

กรณีพิเศษคือ ความเมื่อยล้าจากการสัมผัสซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสซ้ำๆ ของพื้นผิวที่ทำงานร่วมกัน
ซึ่งเกี่ยวข้องกับเรื่องต่างๆ ดังต่อไปนี้:

ตลับลูกปืน ซึ่งใช้ในงานต่างๆ มากมาย เหล็กแบริ่ง,
เกียร์
ลูกกลิ้ง
กล้อง
รางและล้อรถไฟ

แรงกดสัมผัสซ้ำๆ อาจนำไปสู่รอยแตกและการบิ่นของพื้นผิว ซึ่งเรียกว่า การเกิดหลุมหรือการหลุดร่อน

ภาวะอ่อนล้า

พื้นผิวการแตกหักของชิ้นส่วนที่เสียหายจากความล้า อาจมีพื้นที่ลักษณะเฉพาะที่สอดคล้องกับ:

จุดเริ่มต้นของการแตกร้าว
การลุกลามของรอยแตกอย่างค่อยเป็นค่อยไป
การแตกหักอย่างรุนแรงครั้งสุดท้ายของส่วนตัดขวางที่เหลืออยู่

อาจมองเห็นแนวรอยแตกขนาดใหญ่บนพื้นผิว ซึ่งมักเรียกว่า... เส้นพักรถหรือเครื่องหมายชายหาด.
สามารถสังเกตได้จากการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์เช่นกัน ริ้วรอยจากความเหนื่อยล้าอย่างไรก็ตาม ไม่ควรสับสนระหว่างโครงสร้างทั้งสองนี้ เพราะมันเกิดขึ้นและสังเกตได้ในระดับที่แตกต่างกัน

ความเหนื่อยล้าและ Rm

ความแข็งแรงดึง Rm และคุณสมบัติความล้ามีความสัมพันธ์กันเพียงทางอ้อมเท่านั้น
สำหรับวัสดุบางกลุ่ม บางครั้งจะใช้ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์เพื่อประเมินความแข็งแรงต่อความล้าเบื้องต้นโดยอิงจากค่า Rm
อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์เหล่านี้ไม่ใช่ความสัมพันธ์สากล
อายุการใช้งานจริงของวัสดุขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิต พื้นที่ผิว ขนาดของชิ้นส่วน ความเค้นเฉลี่ย สภาพแวดล้อม และวิธีการรับแรงเป็นอย่างมาก

ความล้าและความแข็ง

Zwiększenie ความแข็ง อาจช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความล้าบางประเภท โดยเฉพาะความล้าจากการสัมผัส ในบางการใช้งาน
อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่ายิ่งความแข็งมากเท่าไร อายุการใช้งานก็จะยิ่งยาวนานขึ้นเท่านั้น
วัสดุที่มีความแข็งมากอาจมีความไวต่อสิ่งต่อไปนี้มากกว่า:

รอยบาก
ข้อบกพร่อง
รอยแตก
ความเค้นตกค้างที่ไม่พึงประสงค์

ดังนั้น ผลกระทบของความแข็งจึงควรได้รับการวิเคราะห์ควบคู่ไปกับโครงสร้างจุลภาคและสภาวะการใช้งาน

ความต้านทานต่อความล้าและการแตกหัก

เมื่อรอยแตกเริ่มเกิดขึ้นแล้ว การพัฒนาต่อไปของรอยแตกนั้นสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้วิธีการต่างๆ กลศาสตร์การแตกหัก.
ค่าสัมประสิทธิ์ความเค้น K ใช้เพื่ออธิบายสนามความเค้นบริเวณใกล้ปลายรอยแตก
ในกรณีของการล1ามของรอยแตกเนื่องจากความล้า ช่วงที่สำคัญคือ:
ΔK = K_{แม็กซ์} – เค_นาที
อัตราการขยายตัวของรอยแตกสามารถอธิบายได้ภายในช่วงที่กำหนด โดยพิจารณาจากหลายปัจจัย เช่น: กฎหมายของปารีส.

กฎหมายของปารีส

ภายในช่วงการเติบโตของรอยแตกเนื่องจากความล้าที่คงที่ระดับหนึ่ง ความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้ได้:
da/dN = C(ΔK)^m
ที่ไหน:

ดา/ดีเอ็น – ความยาวของรอยแตกเพิ่มขึ้นต่อรอบ
∆K – ช่วงค่าสัมประสิทธิ์ความเค้น
ซี พวกเขา – ค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุและเงื่อนไขการทดสอบ

กฎของปารีสไม่ได้อธิบายกระบวนการความล้าทั้งหมด และไม่ควรนำไปใช้โดยตรงนอกเหนือขอบเขตที่เหมาะสม

การทดสอบความแข็งแรงต่อความล้าทำอย่างไร?

สามารถทำการทดสอบความล้าได้โดยใช้วิธีการรับแรงต่างๆ ซึ่งรวมถึง:

การยืดกล้ามเนื้อ-การบีบ,
การดัดงอ,
การดัดแบบหมุน
บิดเบี้ยว
ภาระที่ซับซ้อน

ชิ้นงานจะถูกทดสอบด้วยแรงที่เปลี่ยนแปลงซ้ำๆ จนกว่าจะถึงเกณฑ์ที่กำหนดหรือจำนวนรอบที่แน่นอนโดยไม่เกิดความเสียหาย
ต้องกำหนดเงื่อนไขการทดสอบอย่างระมัดระวัง เนื่องจากผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับประเภทของรอบการทำงาน ความถี่ สภาพแวดล้อม อุณหภูมิ และรูปทรงของชิ้นงานทดสอบ

มาตรฐานสำหรับการทดสอบความล้า

การทดสอบความล้ามีอธิบายไว้ในมาตรฐานหลายฉบับ โดยขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ตัวอย่าง และวิธีการรับแรง
ตัวอย่างถือเป็นบรรทัดฐาน ISO.1099 เกี่ยวกับการทดสอบความล้าตามแนวแกนแบบควบคุมแรงของวัสดุโลหะ
สำหรับวิธีการทดสอบอื่นๆ ให้ใช้มาตรฐาน ISO, ASTM หรือมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง
เมื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์ ให้ตรวจสอบเสมอ วิธีการทดสอบ, ค่า R-factor, จำนวนรอบ, ความถี่, อุณหภูมิ, สภาพแวดล้อม และรูปทรงของชิ้นงานทดสอบ.

ปัจจัยใดที่ส่งผลต่อความเหนื่อยล้ามากที่สุด?

ปัจจัยที่สำคัญที่สุด ได้แก่:

แอมพลิจูดของความเครียด
ความเครียดเฉลี่ย
จำนวนและลักษณะของวัฏจักร
รอยบากและการกระจุกตัวของความเค้น
สภาพพื้นผิว
ความเค้นตกค้าง
ขนาดขององค์ประกอบ
โครงสร้างจุลภาค
การอบด้วยความร้อน,
ข้อบกพร่องของวัสดุ
อุณหภูมิ,
การกัดกร่อนและสภาพแวดล้อมในการทำงาน
ทิศทางการรับน้ำหนัก
ประวัติการถูกดำเนินคดีก่อนหน้านี้

จะเพิ่มอายุการใช้งานของชิ้นส่วนให้ยาวนานขึ้นได้อย่างไร?

ความทนทานสามารถเพิ่มขึ้นได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบและวัสดุ โดยอาจเพิ่มได้ด้วยวิธีการต่างๆ ดังนี้:

การจำกัดความเข้มข้นของความเครียด
โดยใช้การเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นและรัศมีที่เหมาะสม
ปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว
ลดข้อบกพร่องบนพื้นผิว
โดยการนำเอาแรงอัดตกค้างที่เป็นประโยชน์เข้ามาใช้
เหมาะสม การอบด้วยความร้อน,
การป้องกันการกัดกร่อน,
การเลือกวัสดุที่ถูกต้อง
จำกัดขนาดของแรงกระทำ

อย่างไรก็ตาม ไม่มีวิธีการใดวิธีเดียวที่จะช่วยเพิ่มความทนทานในทุกสภาวะได้

ความแข็งแรงคงที่ที่มากขึ้น หมายถึงความแข็งแรงต่อการล้าที่มากขึ้นเสมอไปหรือไม่?

เนีย. การเพิ่มขึ้นของค่า Rm อาจมีความสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของความแข็งแรงต่อความล้าของชิ้นงานผิวเรียบในวัสดุบางกลุ่ม แต่ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างไม่จำกัดหรือเป็นสากลเสมอไป
วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงมากอาจมีความไวต่อคุณภาพพื้นผิว รอยบาก สิ่งเจือปน การกัดกร่อน และความไม่ต่อเนื่องอื่นๆ เป็นพิเศษ
ดังนั้น ความทนทานที่แท้จริงของชิ้นส่วนอาจต่ำกว่าค่าที่ระบุโดยค่า Rm เพียงอย่างเดียวอย่างมาก

ความแข็งแรงเมื่อล้า – ข้อมูลที่สำคัญที่สุด

ความล้าของวัสดุ เป็นกระบวนการความเสียหายที่เกิดจากการรับน้ำหนักซ้ำๆ
ความเสียหายจากความล้าสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความเค้นต่ำกว่า Rm และที่ความเค้นระบุต่ำกว่าความแข็งแรงครากได้เช่นกัน
กระบวนการนี้ประกอบด้วยการเริ่มต้นของรอยแตก การขยายตัวของรอยแตก และการแตกหักตามหน้าตัดในที่สุด
N หมายถึงจำนวนรอบการทำงานจนถึงเกณฑ์ความล้มเหลวที่กำหนดไว้
σ_a หมายถึงขนาดของความเค้น
σ_m หมายถึงระดับความเครียดเฉลี่ย
R = σ_นาที/ตร_{แม็กซ์} อธิบายถึงความไม่สมมาตรของวัฏจักร
เส้นโค้ง Wöhler SN แสดงความสัมพันธ์ระหว่างระดับความเครียดและจำนวนรอบ
วัสดุบางชนิดไม่มีขีดจำกัดความล้าที่ชัดเจน
HCF หมายถึง ความล้าจากการใช้งานรอบสูง และ LCF หมายถึง ความล้าจากการใช้งานรอบต่ำ
รอยบากและคุณภาพของพื้นผิวมีอิทธิพลอย่างมากต่ออายุการใช้งานเมื่อเกิดความล้า
ความเค้นตกค้างแบบอัดที่ผิวหน้าสามารถส่งผลดีต่ออายุการใช้งานของวัสดุได้
การกัดกร่อนสามารถเร่งการเริ่มต้นและการพัฒนาของรอยแตกร้าวจากความล้าได้อย่างมาก
ที่อุณหภูมิสูง ความล้าอาจเกิดขึ้นพร้อมกับการคืบตัวและการเกิดออกซิเดชัน
เมื่อรอยแตกเริ่มเกิดขึ้นแล้ว การพัฒนาของรอยแตกนั้นสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้วิธีกลศาสตร์การแตกหัก
ค่า Rm, ความแข็ง และ Rp0,2 ไม่สามารถใช้ในการกำหนดอายุการใช้งานจากการล้าของชิ้นส่วนจริงได้อย่างอิสระ