Metallermüdung ist eine der subtilsten Arten von Metallfehlern und eine der gefährlichsten. Obwohl Metallversagen durch übermäßige Zugbelastungen, Scherbelastungen und Stoßbelastungen auftreten kann, um nur einige zu nennen, ist Metallermüdung eine Fehlerart, die bis zu dem Punkt, an dem es zu spät ist, unbemerkt bleiben kann.

Metallermüdung tritt auf, wenn Metallteile durch wiederholte Beanspruchung geschwächt werden. Es gibt drei Stufen der Metallermüdung:

• Stufe eins: Nach einer gewissen Anzahl von Lastzyklen beginnen sich während des Metallermüdungsprozesses Mikrorisse auf dem Metall zu bilden. Die Mikrorisse neigen dazu, sich um spannungskonzentrierende geometrische Merkmale wie Kanten zu bilden. Die Spannung, die erforderlich ist, um diese Mikrorisse zu erzeugen, kann tatsächlich geringer sein als die Zugfestigkeit und Streckzugfestigkeit des Metalls.
• Stufe zwei: Diese Mikrorisse wurden weiterhin durch zyklische Belastung beansprucht, wodurch sie an Größe zunahmen.
• Stufe drei: Schließlich erreichen die vergrößerten Mikrorisse eine Größe, bei der die Spannungen ausreichen, um eine schnelle Rissausbreitung zu verursachen, was zu einem Metallversagen führt. Die Rissoberfläche wird je nach Metalltyp und Metallzugfestigkeit unterschiedlich aussehen.

Metallermüdungsfestigkeit

Um Metallermüdungsausfälle zu stoppen, ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Eigenschaften eines Metalls auf seine Ermüdungsbeständigkeit auswirken. Die offensichtlichste und wichtigste davon ist die Ermüdungsfestigkeit eines Metalls. Die Dauerfestigkeit wird durch Ermüdungstests gemessen, eine Gruppe von Bewertungsmethoden, bei denen Materialproben einer bestimmten Größe und Form wiederholten Zyklen eines bestimmten Spannungsniveaus unterzogen werden. Dies geschieht für viele Spannungsniveaus, und es wird ein Diagramm gezeichnet, das hervorhebt, wie viele Zyklen ein Material bei einem bestimmten Spannungsniveau aushalten kann, ohne zu brechen. Es ist äußerst wichtig, über die Ermüdungsfestigkeit eines Metalls informiert zu sein, um Metallermüdungsfehler zu vermeiden.

Häufige Anwendungen, bei denen das Risiko eines Versagens der Metallermüdung besteht

Die Metallermüdung sollte für alle Anwendungen in Betracht gezogen werden. Es gibt jedoch mehrere Komponenten und Strukturen, bei denen das Risiko eines Versagens der Metallermüdung besonders hoch ist. Beispiele für einige davon sind:

• Brücken
• Kfz-Aufhängungsausrüstung
• Metallstanzausrüstung
• Flugzeugkörperteile
• Hochvibrationsteile
• Möbel

Vermeidung von Metallermüdung

Metallermüdung ist ein Phänomen, das mit geeigneten technischen Überlegungen verringert oder ganz vermieden werden kann. Eine wichtige Methode zur Vermeidung von Metallermüdung ist die Durchführung einer Software-Ermüdungsanalyse für Komponenten- oder Strukturdesigns. Durch die Analyse und Iteration des Konstruktionsprozesses jedes Mal kann ein Metallversagen vermieden werden. Zum Beispiel könnte eine Software-Analyse einen Bereich aufdecken, der erheblichen Ermüdungsbelastungen ausgesetzt ist. Wenn sich dies in der Nähe eines geometrischen Merkmals wie eines Lochs befand, kann das Loch möglicherweise an anderer Stelle verschoben werden. Außerdem könnte die Neugestaltung die Spannungen auf einen Bereich konzentrieren, der weniger anfällig für Metallermüdungsversagen wäre.

Eine weitere Methode zur Vermeidung von Metallermüdung ist die geeignete Materialauswahl. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Ermüdungsfestigkeiten. Zum Beispiel kann Stahl typischerweise höheren Spannungszyklen standhalten als Aluminium. Indem man die Ermüdungsfestigkeit eines Materials bestimmt und auswertet, wie das oben mit der Anwendung übereinstimmt, kann Metallermüdungsausfall vermieden werden.

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