La fatica del metallo è il processo di graduale accumulo di danni microscopici nella struttura metallica sotto l'influenza di fattori esterni, che progrediscono ulteriormente verso quelli sempre più grandi. Questo è un evento frequente che può portare a risultati molto disastrosi.
Rilevamento e descrizione del fenomeno
Il pioniere del fenomeno fu l'ingegnere minerario tedesco Wilhelm Albert, che nel 1829 descrisse l'usura del metallo sulla base dei risultati dei suoi esperimenti utilizzando l'esempio di piegature ripetute delle maglie delle catene dei montacarichi da miniera su una macchina sperimentale da lui sviluppata. Tuttavia, il termine "affaticamento del metallo" fu introdotto solo nel 1839 dallo scienziato francese Jean-Victor Poncelet, che descrisse la diminuzione della resistenza delle strutture in acciaio sotto l'influenza di sollecitazioni cicliche.
Poco dopo, l'ingegnere tedesco August Wöller diede un contributo alla teoria della fatica dei metalli, nonché alla progettazione di strutture metalliche soggette a sollecitazioni cicliche, pubblicando nel 1858-1870 i risultati degli esperimenti con ferro e acciaio in condizioni di tensione ripetuta -compressione. I risultati della sua ricerca nel 1874 furono presentati graficamente sotto forma di tabelle dall'architetto tedesco Lewis Spangenberg. Da allora, una rappresentazione visiva della relazione ottenuta tra le ampiezze della sollecitazione del ciclo e il numero di cicli prima della distruzione della struttura metallica è chiamata diagramma di Völler.
Da allora, il fenomeno della fatica dei metalli ha ricevuto la sua chiara definizione come il processo di accumulo nel tempo del danneggiamento di una struttura metallica sotto l'azione di sollecitazioni alternate (solitamente cicliche), che portano ad un cambiamento nelle proprietà della struttura, la formazione di crepe in esso, loro progressivo sviluppo e successiva distruzione del materiale.
Conseguenze della fatica del metallo
La progressiva fatica del metallo può portare alla distruzione delle strutture metalliche. Di norma, ciò accade durante il loro funzionamento (quando viene eseguito il carico massimo sui meccanismi), che può portare a incidenti e disastri, anche con vittime umane. Esempi di alcuni degli incidenti più famosi:
- il disastro ferroviario di Versailles nel 1842, a seguito del quale morirono 55 persone (la causa fu una frattura da fatica dell'asse della locomotiva).
- lo schianto del treno elettrico ad alta velocità ICE vicino al comune di Eschede in Germania nel 1998, a seguito del quale sono morte 101 persone e 88 sono rimaste ferite (a una velocità di 200 km / h il pneumatico della ruota è scoppiato sul treno).
- un incidente alla centrale idroelettrica Sayano-Shushenskaya nel 2009 (la causa è stata un danno da fatica ai punti di montaggio dell'unità idroelettrica della stazione, compreso il coperchio della turbina).
Prevenzione dell'affaticamento del metallo
L'affaticamento del metallo viene solitamente prevenuto modificando parti della struttura metallica per evitare carichi ciclici o sostituendo i materiali utilizzati nella struttura con materiali meno soggetti a fatica. Inoltre, un notevole aumento della resistenza della struttura è fornito da alcuni metodi di trattamento chimico-termico dei metalli (nitrurazione, nitrocarburazione, ecc.). Un altro metodo per prevenire l'affaticamento del metallo è la spruzzatura termica, che crea uno stress di compressione sulla superficie del materiale, che aiuta a proteggere le parti metalliche dalla frattura.
