DEGRADACJA MATERIAŁÓW

Zmęczenie materiałów

•Proces polegający na wielokrotnym 

obciążaniu próbki wywołującym zmienny 

stan naprężeń

• Zmienność w czasie t wyraża się 

częstotliwością, wielkością i rodzajem 

naprężeń oraz współczynnikiem asymetrii 

cyklu R = σ

min

/σ

maks

• Średnie naprężenie

σ

m

= (σ

min

+ σ

maks

)/ 2

•

Nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa ZG -

maksymalną wartość okresowo zmieniającego się naprężenia σ

max

, przy 

której materiał może pracować nieograniczenie długo, bez pojawienia się 
rys zmęczeniowych i zniszczenia materiału. W praktyce przyjmuje się, że 
wytrzymałość ta osiągnięta jest już po przekroczeniu umownej granicznej 
liczby cykli NG.

•Graniczna 

liczba 

cykli 

NG 

(podstawa 

próby 

zmęczeniowej) 10

8 

cykli

•Ograniczona wytrzymałość zmęczeniowa

Wykresy zmęczeniowe Woehlera

Zjawiska towarzyszące zmęczeniu metali

•Lokalne odkształcenie plastyczne z pasmami 
poślizgu i bliźniakami oraz ekstruzjami
(wyciśnięciami) i intruzjami (wciśnięciami)

•Cykliczne umocnienie i osłabienie

•Zarodkowanie, rozwój i łączenie się mikropęknięć 
zmęczeniowych

Wysokotemperaturowe niszczenie materiałów

•Pełzanie
•Zmęczenie mechaniczne
•Zmęczenie cieplne

Zjawisko powolnego odkształcania się ciał pod wpływem ustalonych
obciążeń, w wysokich temperaturach, nazywamy pełzaniem.
Zjawisko spadku naprężenia w ciałach poddanych ustalonym 
odkształceniom nazywamy relaksacją.

Co to znaczy wysoka temperatura?

•należy porównać temperaturę pracy z temperaturą 
topnienia materiału T

M                     

•Zjawiska pełzania dotyczą zakresu dla T> 0.3-0.4 T

M

(w K) dla metali i T> 0.4-0.5 T

M

(w K) dla ceramiki.

Włókno wolframowe żarówki

•T

M

~ 3000°C (3273K)

•temperatura pokojowa (300K) jest bardzo niska 
dla wolframu
•Temperatura pracy (2273K) jest wysoka
•

Włókno wolframowe pełza w temperaturze pracy!

•Wydłuża się i zwisa pod własnym ciężarem 
dopóki nie dojdzie do zwarcia.

Pełzanie

Występuje w podwyższonych temperaturach, T > 0.4 T topnienia (T

M 

)

Wyczerpanie i uszkodzenie w wyniku 
pełzania

•Wyczerpanie: utrata zdolności materiału wskutek 
odkształcenia plastycznego w wyniku pełzania

•Uszkodzenie: nieodwracalne zmiany struktury, 
spowodowane przez oddziaływanie temperatury i 
naprężenia mechanicznego

Korozja

• Oddziaływanie fizykochemiczne i 

elektrochemiczne między materiałem a 
ś

rodowiskiem, w wyniku którego następuje 

pogorszenie własności materiału

• Korozja: ogólna, lokalna, selektywna, 

międzykrystaliczna, naprężeniowa, 
zmęczeniowa i wodorowa, gazowa

Mechanizmy

• Korozja ogólna: różnica potencjałów między 

mikroanodami i mikrokatodami

• Korozja galwaniczna: różnica potencjałów między 

dwoma obszarami konstrukcji

• Korozja lokalna wżerowa i szczelinowa: różnica 

potencjałów między wnętrzem wżeru (szczeliny) a resztą 

metalu

• Korozja selektywna: selektywne rozpuszczanie się 

jednej z faz stopu (grafityzacja żeliw, odcynkowanie 

mosiądzów)

• Korozja międzykrystaliczna: różnica potencjałów między 

obszarem granicy ziarna a wnętrzem ziarna

• Korozja naprężeniowa, zmęczeniowa, wodorowa: wynik 

współdziałania czynnika agresywnego i naprężeń

• Korozja gazowa: wynik reakcji chemicznej metalu i 

ś

rodowiska

Zużycie tribologiczne

• Zużycie spowodowane procesami tarcia, 

w którym następuje zmiana masy oraz 
struktury i własności fizycznych warstw 
wierzchnich

• Zużycie: adhezyjne, ścierne, scuffing, z 

udziałem utleniania, zmęczeniowe

• Zużycie ścierne: gdy w obszarach współpracujących 

elementów są obecne utwierdzone lub luźne cząstki 
ś

cierniwa albo nierówności materiału

• Zużycie adhezyjne: lokalne sczepianie się powierzchni 

trących w mikroobszarach, zwłaszcza najwyższych 

wierzchołków chropowatości i następnie ich rozrywanie

• Scuffing: gwałtowne zużycie w wyniku przerwania warstwy 

olejowej lub zbyt małej jej grubości w stosunku do 

wysokości nierówności (elementy zużycia ściernego i 

adhezyjnego)

• Zużycie zmęczeniowe: wynik cyklicznego oddziaływania 

naprężeń kontaktowych w warstwach wierzchnich (przez 

łuszczenie – spalling oraz gruzełkowe – pitting)

• Fretting: zużycie ścierne wskutek drgań o bardzo małych 

amplitudach