금속 피로는 재료와 구성 요소가 순환 응력 또는 순환 변형 하에서 한 곳 또는 여러 곳에서 점차적으로 국부적 영구 누적 손상을 생성하고 특정 횟수의 사이클 후에 균열 또는 갑작스러운 완전 파괴가 발생하는 과정을 말합니다. 재료와 구조물이 반복적으로 변화하는 하중을 받을 때 응력 값은 재료의 강도 한계를 초과하지 않지만 탄성 한계보다 낮더라도 손상될 수 있습니다. 반복되는 교대 하중 하에서 재료와 구조물이 손상되는 이러한 현상을 금속 피로 파괴라고 합니다.
일반적으로 금속은 연속적인 왕복 하중 하에서 금속 표면에 미세한 균열을 생성합니다. 금속 표면의 균열이 축적되어 어느 정도까지 확장되면 빠르고 강한 취성 파괴가 발생합니다. 취성 파괴가 발생하면 금속은 종종 금속의 인장/압축 강도를 초과하는 하중을 견디지 못합니다. 그 이유는 금속의 인장/압축 강도가 정적 조건에서 얻은 값이고, 교대 하중 하에서 금속이 강도 한계에 도달한 다음 피로 파괴를 일으킬 가능성이 더 높기 때문입니다.
금속의 피로 파괴에는 두 가지 주요 원인이 있습니다. 한편으로는 용융 및 주조와 같은 일련의 공정을 거친 후 완제품 내부의 금속 구조가 균일하지 않아 금속 내부에 결함과 내부 응력이 발생합니다. 우수한 열처리는 금속 구조를 정제하고 대부분의 응력을 제거할 수 있습니다. 금속에 다양한 희토류 원소를 첨가하면 금속의 피로 강도를 개선하여 금속의 작동 수명을 늘릴 수 있습니다. 반면에 외부 요인이 있는데, 이는 세 가지 측면으로 요약할 수 있습니다. 하나는 하중 유형으로 구분하는 것으로, 표면에 충격 하중으로 인해 형성된 충격 피로, 접촉 하중, 피로를 완화하기 위해 표면에 형성된 피트 및 피트, 두 부품의 표면이 접촉할 때 접촉 표면이 작은 왕복 상대 운동을 하는 것과 같은 미세 운동 마모 피로입니다. 그런 다음 부품 표면에 마모, 산화, 피로 벗겨짐 및 기타 형태의 미세 운동 마모 피로 등이 발생하며, 주변 온도에 따라 고온, 저온, 고온 및 저온 사이클, 부식 피로 등으로 나눌 수 있습니다. 고온 조건(금속의 융점 이상 또는 재결정 온도 이상)에서는 금속의 가소성이 증가하고 경도가 감소하여 변형되기 쉽습니다. 저온 조건에서는 금속의 가소성이 감소하고 취성이 증가하며 금속은 취성 파괴 및 기타 문제가 발생할 가능성이 더 큽니다. 열 팽창 및 수축의 특성으로 인해 금속은 고온 및 저온 사이클 조건에서 내부 응력을 생성하여 금속에 피로 손상을 일으킵니다. 부식 피로는 공기 중의 수증기의 작용으로 금속 표면에 산화물이 형성되어 금속의 표면 강도가 파괴되고 부식 영역이 손상되기 쉽습니다. 응력 상태에 따라 단일 응력 피로와 다방향 응력 피로로 나눌 수 있습니다. 단일 응력 사이클의 작용 하에서는 부품의 수명이 정적 하중 강도 한계보다 약간 낮은 반면 다방향 응력의 작용 하에서는 부품이 변형으로 인해 피로될 가능성이 더 큽니다.
금속 피로의 형성 조건을 이해한 후, 숨겨진 금속 피로를 발견하는 방법을 탐구해 보겠습니다. 19세기 초 금속 피로가 발견된 이래로 사람들은 피로의 원인을 탐구해 왔습니다. 탐구 과정에서 사람들은 다양한 결함 탐지 방법을 터득했습니다. 일반적인 결함 탐지 방법에는 X선 탐지, 초음파 탐지, 와전류 탐지, 자기 입자 탐지, 침투 탐지의 다섯 가지가 있습니다. X선 탐지를 예로 들면, 금속은 X선에 의해 침투됩니다. 금속 내부의 결함 부분은 더 많은 선을 침투할 수 있는 반면, 균일한 밀도를 가진 부분은 더 많은 선을 반사합니다. 따라서 이미징할 때 결함은 더 어둡고 균일한 밀도를 가진 부분은 더 밝습니다. 이런 식으로 금속 내부의 결함 분포를 보다 직관적이고 빠르게 결정할 수 있으므로 결함을 작업 영역으로 피하고 결함의 강도를 강화하여 어느 정도 피로 손상이 발생하는 것을 피할 수 있습니다.
