难道我们就对邪恶的金属疲劳束手无策了吗?非也我们了解疲劳相关的内容,最终目的是要预防或者减少航空发动机等机械构件发生疲劳失效的情况,进行长寿命设计。如下这些措施常用于提高结构的疲劳强度:
结构优化
设计结构设计中尽量避免产生应力集中,对过渡圆角、螺栓孔等容易产生应力集中的部位进行优化,疲劳往往出现在这些应力集中部位。
严格控制温度
疲劳强度一般随着温度的升高急剧下降,不能为了性能达标而一味地提高温度。
采用强化措施
采用各种表面强化处理、孔挤压强化等。
正在进行表面强化的叶片
孔强化的航空发动机(来源:航空制造网)
提高零件加工质量
裂纹往往出现在材料缺陷或者加工缺陷位置,必须加强零部件加工制造工艺,严格控制关键位置的加工精度和加工质量,减少疲劳源,防止超差等质量问题引起的疲劳失效。
在飞机制造领域,增强“金属免疫力”是对抗金属疲劳的有效方法。一方面,在钢铁和有色金属中,加进微乎其微的稀土元素,可以大大提高金属的抗疲劳属性,延长使用寿命;另一方面,减少金属材料中的杂质也能增强“金属免疫力”,延长金属使用寿命。杂质对疲劳性能和应力腐蚀性能影响很大,例如,对于超高强度钢的金属性能,国际上是通过控制硫和磷的杂质含量来保证的。在技术标准中,对于每一种杂质的最高含量,以及所有杂质含量之和都有明确的要求。在金属构件上尽量避免生锈,用辅助工艺提高表面光洁度,以及对产生震动的机械采取防震措施,都能有效防止金属疲劳。
在必要的时候,对金属内部结构进行检测,也是预防金属疲劳的常用方法。经过科学家们的不懈努力,如今已有多种方法可以检测金属的疲劳,超声波、红外线、γ射线等都能对金属进行体检。日本的科学家还发明了一种掺入钛酸铅粉末的特殊涂料,在敲击金属时,金属表面的涂料薄膜中会有电流通过,且电流的大小和金属的疲劳程度有关,通过测量这股电流,便可知道金属究竟有多“累”。
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