Ένα κάταγμα κόπωσης μετάλλου, όπως και άλλοι τύποι καταγμάτων μεταλλικής αστοχίας, φέρει πλούσιες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία θραύσης. Παρέχει ενδείξεις για το πού προήλθε το κάταγμα, πώς πολλαπλασιάστηκε και πώς τελικά έσπασε. Η μορφολογία στην επιφάνεια της θραύσης επηρεάζεται από παράγοντες όπως οι ιδιότητες του υλικού, οι συνθήκες καταπόνησης, τα επίπεδα τάσεων και οι περιβαλλοντικοί παράγοντες. Επομένως, η ανάλυση κατάγματος κόπωσης είναι μία από τις βασικές μεθόδους για τη μελέτη της αποτυχίας κόπωσης.
Ένα τυπικό κάταγμα κόπωσης αποτελείται γενικά από τρεις περιοχές: την προέλευση της κόπωσης, τη ζώνη διάδοσης της κόπωσης και την τελική ζώνη κατάγματος. Δείτε την Εικόνα 1.
Εικόνα 1
Προέλευση κόπωσης
Η προέλευση της κόπωσης είναι η περιοχή όπου ξεκινά η ρωγμή κόπωσης. Συχνά εντοπίζεται στα αδύνατα σημεία ενός εξαρτήματος, όπως επιφανειακές γρατσουνιές, μηχανικές βλάβες, κοιλώματα διάβρωσης, περιοχές ξαφνικής αλλαγής διατομής ή εσωτερικά μεταλλουργικά ελαττώματα όπως ρωγμές, εύθραυστα εγκλείσματα, διαχωρισμός, πορώδες κ.λπ.
Σε μια επιφάνεια κατάγματος κόπωσης, μπορεί να υπάρχουν μία ή περισσότερες αιτίες κόπωσης. Για παράδειγμα, στην περίπτωση επαναλαμβανόμενης κάμψης, μπορεί να υπάρχουν δύο πηγές κόπωσης από κάμψη ή σε διαβρωτικό περιβάλλον, η κόπωση από τη διάβρωση μπορεί να οδηγήσει σε πολλαπλές προελεύσεις.
Όσο υψηλότερος είναι ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσης ή το επίπεδο εναλλασσόμενης τάσης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αρχών κόπωσης στην επιφάνεια της θραύσης. Το σχήμα 2 δείχνει ένα κάταγμα κόπωσης πολλαπλής προέλευσης.
Εικόνα 2
Ζώνη διάδοσης ρωγμών κόπωσης
Αυτή η ζώνη είναι η υποκρίσιμη περιοχή διάδοσης ρωγμών και είναι η πιο περίπλοκη και πλούσια σε πληροφορίες περιοχή της επιφάνειας του ρήγματος. Τα χαρακτηριστικά αυτής της ζώνης είναι βασικά για να καθοριστεί εάν το κάταγμα είναι αποτέλεσμα κόπωσης. Το πιο κοινό χαρακτηριστικό είναι η παρουσία «σημαδιών παραλίας» ορατά σε χαμηλή μεγέθυνση και ραβδώσεις κόπωσης (γνωστές και ως σημάδια διάδοσης κόπωσης) ορατές σε υψηλή μεγέθυνση. Ωστόσο, ορισμένες επιφάνειες θραύσης μπορεί να στερούνται αυτά τα χαρακτηριστικά και αντ 'αυτού να παρουσιάζουν λεία, γυαλισμένα, κεραμικά χαρακτηριστικά, σημάδια παραμόρφωσης εξώθησης ή αποτυπώματα σαν ελαστικά, μεταξύ άλλων. Οι ραβδώσεις διάδοσης της κόπωσης φαίνονται στο Σχήμα 3.
Εικόνα 3
3.Ζώνη Τελικού Κατάγματος
Αυτή η περιοχή είναι όπου η ρωγμή υφίσταται ταχεία, ασταθή διάδοση. Κατά τη διάρκεια του σταδίου ανάπτυξης της μετασταθερής ρωγμής, η ρωγμή κόπωσης επεκτείνεται σταδιακά με κάθε κύκλο τάσης, αλλά ο ρυθμός ανάπτυξης είναι σχετικά αργός και ακολουθεί ένα πιο συνεπές, προβλέψιμο μοτίβο. Ωστόσο, μόλις η ρωγμή φτάσει σε ένα κρίσιμο μέγεθος, θα επιταχυνθεί γρήγορα, οδηγώντας στο τελικό κάταγμα. Αυτή η ζώνη σηματοδοτεί τη μετάβαση από τη σταθερή ανάπτυξη της ρωγμής στην ταχεία θραύση.
Καθώς το μήκος της ρωγμής συνεχίζει να αυξάνεται, όταν φτάσει στο κρίσιμο μέγεθος c, η συγκέντρωση τάσης στο άκρο της ρωγμής γίνεται αρκετά μεγάλη ώστε να υπερβαίνει την αντοχή σε θραύση του υλικού. Σε αυτό το σημείο, η ρωγμή γίνεται ασταθής και διαδίδεται γρήγορα. Το άθικτο τμήμα στο μπροστινό μέρος της ρωγμής σπάει σχεδόν ακαριαία.
Η επιφάνεια του κατάγματος στην τελική ζώνη κατάγματος είναι σχετικά τραχιά και δεδομένου ότι αντιπροσωπεύει το τελευταίο σημείο του κατάγματος, είναι συχνά πιο φωτεινό στο χρώμα. Το κάταγμα σε αυτή την περιοχή είναι ουσιαστικά παρόμοιο με αυτό ενός κατάγματος στατικού φορτίου. Για εύθραυστα υλικά, η μικροδομή τυπικά παρουσιάζει χαρακτηριστικά διάσπασης, ενώ για τα όλκιμα υλικά, η μικροδομή παρουσιάζει χαρακτηριστικά θραύσης με βαθουλώματα.
Η τελική ζώνη κατάγματος βρίσκεται συχνά στην αντίθετη πλευρά από την προέλευση της κόπωσης. Ωστόσο, εάν το υλικό υποβληθεί σε περιστροφική κάμψη, η θέση της τελικής ζώνης θραύσης θα μετατοπιστεί κατά μια ορισμένη γωνία προς την αντίθετη κατεύθυνση της περιστροφής.
