Metallermüdung ist der Prozess der allmählichen Anhäufung von mikroskopischen Schäden in der Metallstruktur unter dem Einfluss äußerer Faktoren, die zu immer größeren fortschreiten. Dies ist ein häufiges Ereignis, das zu sehr katastrophalen Ergebnissen führen kann.
Erkennung und Beschreibung des Phänomens
Pionier des Phänomens war der deutsche Bergbauingenieur Wilhelm Albert, der 1829 den Verschleiß von Metall anhand seiner Versuchsergebnisse am Beispiel wiederholter Krümmungen der Kettenglieder von Bergwerksaufzügen an einer von ihm entwickelten Versuchsmaschine beschrieb. Der Begriff "Metallermüdung" wurde jedoch erst 1839 von dem französischen Wissenschaftler Jean-Victor Poncelet eingeführt, der die Abnahme der Festigkeit von Stahlkonstruktionen unter dem Einfluss zyklischer Belastungen beschrieb.
Wenig später leistete der deutsche Ingenieur August Wöller einen Beitrag zur Theorie der Metallermüdung sowie zur Bemessung von Metallkonstruktionen unter zyklischen Belastungen und veröffentlichte 1858-1870 die Ergebnisse von Versuchen mit Eisen und Stahl unter Bedingungen wiederholter Spannung -Kompression. Die Ergebnisse seiner Forschungen im Jahr 1874 wurden vom deutschen Architekten Lewis Spangenberg in Form von Tabellen grafisch dargestellt. Eine visuelle Darstellung des erhaltenen Zusammenhangs zwischen den Amplituden der Zyklenspannung und der Anzahl der Zyklen vor der Zerstörung der Metallstruktur wird seitdem als Völler-Diagramm bezeichnet.
Seither ist das Phänomen der Metallermüdung eindeutig definiert als der Vorgang der zeitlichen Akkumulation von Schäden an einem Metallgefüge unter Einwirkung wechselnder (meist zyklischer) Belastungen, die zu einer Veränderung der Gefügeeigenschaften führen, die Rissbildung darin, deren fortschreitende Entwicklung und anschließende Zerstörung des Materials.
Folgen von Metallermüdung
Eine fortschreitende Metallermüdung kann zur Zerstörung von Metallstrukturen führen. Dies geschieht in der Regel während ihres Betriebs (bei maximaler Belastung der Mechanismen), was zu Unfällen und Katastrophen, auch mit menschlichen Opfern, führen kann. Beispiele für einige der berühmtesten Vorfälle:
- die Eisenbahnkatastrophe von Versailles 1842, bei der 55 Menschen starben (Ursache war ein Ermüdungsbruch der Lokomotivachse).
- der Absturz des Hochgeschwindigkeits-Elektrozuges ICE in der Nähe der Gemeinde Eschede in Deutschland im Jahr 1998, bei dem 101 Menschen starben und 88 verletzt wurden (bei einer Geschwindigkeit von 200 km / h platzte der Radreifen am Zug).
- ein Unfall im Kraftwerk Sayano-Shushenskaya im Jahr 2009 (Ursache waren Ermüdungsschäden an den Befestigungspunkten des Wasserkraftwerks der Station, einschließlich der Turbinenabdeckung).
Vorbeugung gegen Metallermüdung
Metallermüdung wird normalerweise verhindert, indem Teile der Metallstruktur modifiziert werden, um zyklische Belastungen zu vermeiden, oder indem die in der Struktur verwendeten Materialien durch weniger ermüdungsanfällige Materialien ersetzt werden. Eine merkliche Erhöhung der Lebensdauer der Struktur wird auch durch einige Methoden der chemisch-thermischen Behandlung von Metallen (Nitrieren, Nitrocarburieren usw.) erreicht. Ein weiteres Verfahren zur Verhinderung von Metallermüdung ist das thermische Spritzen, das eine Druckspannung auf der Oberfläche des Materials erzeugt, die dazu beiträgt, Metallteile vor Bruch zu schützen.
