금속 피로 파손은 다른 유형의 금속 파손 파손과 마찬가지로 파손 과정에 대한 풍부한 정보를 전달합니다. 이는 균열이 어디서 발생했는지, 어떻게 전파되었는지, 최종적으로 어떻게 파손되었는지에 대한 단서를 제공합니다. 파단 표면의 형태는 재료 특성, 응력 조건, 응력 수준 및 환경 요인과 같은 요인의 영향을 받습니다. 따라서 피로 파괴 분석은 피로 파괴를 연구하는 주요 방법 중 하나입니다.
일반적인 피로 파괴는 일반적으로 피로 발생점, 피로 전파 영역, 최종 파괴 영역의 세 영역으로 구성됩니다. 그림 1을 참조하세요.
그림 1
피로 근원
피로 원점은 피로 균열이 시작되는 영역입니다. 이는 종종 표면 긁힘, 기계적 손상, 부식 구멍, 급격한 단면 변화 영역 또는 균열, 부서지기 쉬운 개재물, 분리, 다공성 등과 같은 내부 금속 결함과 같은 구성 요소의 약점에 위치합니다.
피로 파괴 표면에는 하나 또는 여러 개의 피로 원인이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 반복 굽힘의 경우 두 개의 굽힘 피로 원인이 있을 수 있으며, 부식성 환경에서는 부식 피로가 여러 원인으로 이어질 수 있습니다.
응력집중계수나 교번응력 수준이 높을수록 파단면의 피로 시작점 수가 많아집니다. 그림 2는 다중 기원 피로 골절을 보여줍니다.
그림 2
피로균열 전파대
이 구역은 아임계 균열 전파 구역으로 파단면에서 가장 복잡하고 정보가 풍부한 구역입니다. 이 구역의 특성은 골절이 피로의 결과인지 여부를 결정하는 데 중요합니다. 가장 일반적인 특징은 낮은 배율에서 볼 수 있는 "해변 표시"와 높은 배율에서 볼 수 있는 피로 줄무늬(피로 전파 표시라고도 함)가 존재한다는 것입니다. 그러나 일부 파손 표면에는 이러한 특징이 부족하고 대신 매끄럽고 광택이 나는 세라믹과 같은 특성, 압출 변형 징후 또는 타이어와 같은 인상이 나타날 수 있습니다. 피로 전파 줄무늬는 그림 3에서 볼 수 있습니다.
그림 3
3.최종 골절 구역
이 영역은 균열이 빠르고 불안정하게 전파되는 곳입니다. 준안정 균열 성장 단계에서 피로 균열은 각 응력 주기에 따라 점진적으로 확장되지만 성장 속도는 상대적으로 느리고 보다 일관되고 예측 가능한 패턴을 따릅니다. 그러나 균열이 임계 크기에 도달하면 급속히 가속되어 최종 균열로 이어집니다. 이 영역은 안정적인 균열 성장에서 빠른 파괴로의 전환을 표시합니다.
균열 길이가 계속 증가하여 임계 크기 c에 도달하면 균열 선단의 응력 집중이 재료의 파괴 강도를 초과할 만큼 커집니다. 이 시점에서 균열은 불안정해지고 빠르게 확산됩니다. 균열 전면의 손상되지 않은 부분은 거의 순간적으로 파손됩니다.
최종 파단부의 파단면은 상대적으로 거칠고, 파단의 마지막 지점을 나타내기 때문에 색상이 더 밝은 경우가 많다. 이 영역의 파손은 본질적으로 정적 하중 파손의 파손과 유사합니다. 취성 재료의 경우 미세 구조는 일반적으로 벽개 특성을 나타내는 반면, 연성 재료의 경우 미세 구조는 딤플형 파괴 특성을 나타냅니다.
최종 파괴 영역은 종종 피로 시작점의 반대쪽에 위치합니다. 그러나 재료가 회전 굽힘을 받으면 최종 파괴 영역의 위치가 회전 반대 방향으로 특정 각도만큼 변위됩니다.