Pochopení únavového lomu - 1. část

Narozdíl od poruch způsobených přetížením, které se projeví víceméně ihned po aplikaci neúnosně těžkého břemene, jsou poruchy způsobené únavou materiálu (tedy únavový lom) svojí povahou progresivní. Jinými slovy, vyvíjejí se postupem času při opakovaném zatížení. Pokud jste někdy zkoušeli ohýbat kancelářskou svorku sem a tam tolikrát, dokud nepraskla, viděli jste, jak funguje únava materiálu v praxi.

Samotné slovo „únava" naznačuje, že dochází k vyčerpání materiálu, respektive jeho vlastností, tím, že je opakovaně zatěžován. Není to však tak docela pravda. Pokud se o tom chcete přesvědčit, uřízněte si malý vzorek, který byl poškozen v důsledku únavy materiálu a podrobte ho mechanickému testování. Ve většině případů zjistíte, že pevnost materiálu je stejná, jako byla před jeho uvedením do provozu. To dokazuje, že únava není věcí toho, že by materiál ztrácel svoji pevnost nebo že by docházelo postupem času ke zhoršování jeho vlastností. Proč tedy k poškození materiálu v důsledku únavy vlastně dochází?

Únavový lom vzniká z drobné praskliny, která se při dalším zatěžování materiálu zvětšuje. Až se prasklina stane „dostatečně" velkou, dojde ke zlomení dané části.

Růst praskliny lze také chápat jako rozložení energie. Když na danou část vyvinete tlak, zvyšujete její přetvárnou energii. Tu si můžete představit jako energii, která je uložená v napnuté pružině. Nyní si představte, že v jedné její části je drobná prasklina. Povrch této praskliny disponuje příslušnou povrchovou energií. Takže část, která je naprasklá, může snížit svoji přetvárnou energii tak, že zvýší velikost praskliny tím, že tuto energii přemění v energii povrchovou. A to je důvod, proč prasklina může při opakovaném zatížení postupně narůstat. (Mimochodem, tento jev také vysvětluje, jak je možné řezat sklo tím způsobem, že jej naříznete nožem na sklo a následně zlomíte.)

Co ale způsobuje výskyt prvotní drobné praskliny, zejména pak v případech, kdy je celkové zatížení spíše nízké? Většina strojních součástí obsahuje zvyšovače pnutí, ve kterých může být lokální napětí výrazně vyšší než je celkové zatížení, a právě v těchto bodech, kde se napětí koncentruje, vznikají trhliny.

Některé zvyšovače pnutí jsou svojí povahou geometrické a dobří konstruktéři je dokáží minimalizovat. Týká se to mj. ostrých rohů, vrubů nebo otvorů. Jiné zvyšovače pnutí pak mohou vznikat při výrobních procesech – v takových případech lze omezit jejich vznik kvalitními výrobními postupy, kdy je nezbytné zaměřit se především na eliminaci poréznosti a dalších typů závad. Jiné zvyšovače však mohou být nedílnou částí samotného materiálu. Například většina druhů oceli obsahuje nekovové příměsi , které následně působí jako vnitřní zvyšovače pnutí. Ocel pro výrobu ložisek nebo pro použití v leteckém průmyslu se vyrábí za využití speciálních ocelářských technik, jejichž účelem je zcela minimalizovat obsah takovýchto příměsí.

Diskuze