La fatica del materiale è un danno progressivo al materiale dovuto ad un carico costantemente ripetuto uguale o simile. L'intensità del carico di solito non è sufficiente a portare al cedimento in una singola fase di carico. È solo la ripetizione costante che provoca il cedimento del materiale a carichi significativamente più bassi rispetto a quelli sottoposti a sollecitazioni statiche.
Fatica del materiale è un termine collettivo che riassume i seguenti guasti del materiale:
La fatica meccanica è un danno al materiale a causa del carico ciclico a basse temperature. Le temperature sono così basse che lo scorrimento dei materiali non è importante. Nel caso di materiali metallici, la temperatura omologa è quindi inferiore a 0,4. Il carico dinamico provoca la formazione di cricche e la propagazione di cricche nei materiali, il che può ridurre la vita utile dei componenti e delle apparecchiature. La temperatura è in gran parte costante durante il carico. Le proprietà del materiale per tali carichi vengono determinate nel cosiddetto test di Wöhler, il cui risultato è la linea Wöhler. La linea Wöhler viene utilizzata per determinare i valori caratteristici del materiale, p.es. la resistenza a fatica.
La fatica meccanica è un problema, ad esempio, nelle centrali eoliche. Questi impianti devono spesso sopportare da107 a108 cicli di carico durante la loro vita utile, che è il limite delle prestazioni per alcuni materiali. Inoltre, le turbine eoliche sono spesso soggette a turbolenze eoliche impreviste, di cui è difficile tener conto nella pianificazione della turbina.
La fatica termica si riferisce ai danni ai materiali causati da temperature che cambiano nel tempo senza sollecitazioni meccaniche. La fatica termica è tanto più pronunciata quanto più alta è la differenza di temperatura e tanto più rapida è la variazione di temperatura. Le variazioni di temperatura causano variazioni nelle dimensioni dei componenti, che vengono definite deformazioni termiche. Se i componenti sono saldamente fissati, queste sollecitazioni termiche possono essere ostacolate. Un cosiddetto ostacolo di deformazione termica può anche essere causato da una distribuzione non uniforme della temperatura sulla sezione trasversale del componente. L'impedimento alla deformazione porta a sollecitazioni nei componenti, che sono chiamate sollecitazioni termiche o sollecitazioni termiche. Queste sollecitazioni possono causare crepe nei componenti e quindi danneggiarli.
Un caso particolare di fatica termica è il cosiddetto shock termico, dove spesso una singola variazione di temperatura porta a danni al materiale. I materiali particolarmente fragili ne risentono, cioè Materiali a bassa duttilità, come il vetro o la ceramica. Inoltre, una bassa conducibilità termica dei materiali è anche responsabile di una maggiore suscettibilità agli shock termici. Nei materiali metallici duttili e nelle legheduttili possono verificarsi cricche anche a seguito di shock termico. Le cause di ciò sono di solito elevate differenze di temperatura, che possono verificarsi, ad esempio, durante i processi di accensione o spegnimento degli impianti quando questi vengono fatti funzionare a temperature ben al di sopra della temperatura ambiente.
La fatica meccanico-termica, descrive un danno materiale al variare dei carichi termici e meccanici. A causa delle alte temperature, possono verificarsi processi di creep anche nei materiali, che devono essere presi in considerazione nella progettazione dei componenti. Inoltre, con questa forma di fatica, anche la frequenza delle sollecitazioni, cioè la frequenza delle variazioni delle sollecitazioni, ha una grande influenza. A differenza della fatica puramente meccanica, i materiali non mostrano una resistenza alla fatica pronunciata a causa dell'aumento del carico termico. Pertanto, i danni materiali possono verificarsi anche a basse ampiezze di sollecitazione e con un elevato numero di cicli di carico.
Un gran numero di componenti negli impianti tecnici sono soggetti a tale combinazione di sollecitazioni. Suscettibili a questo sono, ad esempio, i componenti nei motori a combustionecosì come nelle turbine a gaso nelle turbine a vapore. Per aumentare l'efficienza di questi impianti, essi vengono fatti funzionare a temperature di esercizio sempre più elevate. Di conseguenza, i materialiutilizzati per le alte temperaturesono soggetti a carichi sempre più elevati, il che aumenta le esigenze di questi materiali.
La fatica da corrosione, nota anche come criccatura da corrosione vibratoria, è un danno al materiale a causa del carico dinamico con corrosione simultanea. Il carico corrosivo aggiuntivo può aumentare i danni ai componenti e alle attrezzature rispetto alla fatica meccanica.
Ciò riguarda, ad esempio, i componenti sollecitati dinamicamente nell'industria chimica, nelle centrali elettriche, nella navigazione, nell'ingegneria automobilistica o nell'aviazione. Sono interessati anche gli impianti geotermiciche funzionano in acqua calda termica ad alto contenuto salino.
Solo una scelta mirata dei materiali, tenendo conto delle condizioni di esercizio, può prevenire danni ai componenti ed ai sistemi dovuti alla fatica del materiale. In particolare nella progettazione di componenti rilevanti per la sicurezza, non si devono trascurare le modifiche dei materiali dovute alla fatica, altrimenti si possono verificare danni catastrofici.
fatica, fatica del materiale
material fatigue