Verschillende metalen reageren op verschillende manieren op spanning
Alle metalen vervormen (strekken of comprimeren) wanneer ze gestrest zijn, in meer of mindere mate. Deze vervorming is een zichtbaar teken van metaalspanning.
In de metallurgie kan spanning worden gedefinieerd als de vervorming van een metaal als gevolg van stress. Met andere woorden, het is een maat voor hoeveel een metaal is uitgerekt of gecomprimeerd in vergelijking met de oorspronkelijke lengte. Als de lengte van een stuk metaal als gevolg van spanning toeneemt, wordt dit de trekkracht genoemd.
Maar als er een lengteafname is, is dit drukbelasting.
Metalen stam in kneedbare (buigbare) materialen
Sommige metalen (zoals roestvrij staal en vele andere legeringen) leveren onder stress . Hierdoor kunnen ze buigen of vervormen zonder te breken. Andere metalen, zoals gietijzer, breken en breken snel onder stress. Zelfs roestvrij staal wordt echter uiteindelijk zwakker en breekt onder voldoende druk.
Metalen zoals staalarme bochten in plaats van breken onder stress. Op een bepaald niveau van stress bereiken ze echter een goed begrepen 'zwichtpunt'. Als ze de vloeigrens bereiken, wordt het metaal "vervormd gehard". Dit betekent dat er meer spanning nodig is om het metaal verder te vervormen. Het metaal wordt minder taai of buigbaar. In zekere zin maakt dit het metaal harder. Maar terwijl spanningsharding het moeilijker maakt voor het metaal om te vervormen, maakt het het metaal ook brozer. Bros metaal kan vrij gemakkelijk breken of falen.
Metalen stam in broze materialen
Sommige metalen zijn intrinsiek broos, wat betekent dat ze bijzonder vatbaar zijn voor breuken. Brosse metalen omvatten koolstofstaalsoorten met een gemiddelde en hoge koolstofgehalte. In tegenstelling tot ductiele materialen hebben deze metalen geen goed gedefinieerde vloeigrens. In plaats daarvan breken ze als ze een bepaald stressniveau bereiken.
Brosse metalen gedragen zich erg zoals andere brosse materialen zoals glas, steen en beton. Net als deze materialen zijn ze op bepaalde manieren sterk, maar omdat ze niet kunnen buigen of strekken, zijn ze niet geschikt voor bepaalde doeleinden.
Metalen stam meten
De meest gebruikelijke maatstaf voor metaalstammen wordt engineering strain genoemd. Engineering spanning kan worden berekend als de verandering in lengte gedeeld door de originele lengte. Een 2.0 " titaniumstang die is uitgerekt tot 2,2" heeft bijvoorbeeld een trekspanning van 0,1 of 10 procent ondervonden.
Metaalvermoeiing als gevolg van metalen spanning
Wanneer ductiele metalen worden belast, vervormen ze. Als de spanning wordt verwijderd voordat het metaal zijn vloeigrens bereikt, keert het metaal terug naar zijn vroegere vorm. Hoewel het metaal lijkt te zijn teruggekeerd naar zijn oorspronkelijke staat, zijn er echter kleine fouten op moleculair niveau verschenen.
Telkens wanneer het metaal deformeert en dan terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm, treden meer moleculaire fouten op. Na veel vervormingen zijn er zoveel moleculaire fouten dat het metaal barst. Wanneer dit gebeurt, wordt het beschreven als "metaalmoeheid". Metaalmoeheid is onomkeerbaar.
Metaalmoeheid is met name problematisch in situaties waarbij metaal steeds opnieuw wordt gestrest.
Het was bijvoorbeeld een belangrijke oorzaak van het falen van vliegtuigen voordat het volledig werd begrepen. Om metaalmoeheid te voorkomen, is het belangrijk om regelmatig monsters van metaal onder stress te onderzoeken met een microscoop.