S-N křivka / Woehlerova křivka
Křivka S-N udává celkový počet cyklů zatížení, které součást, vzorek vydrží, dokud nedojde k porušení materiálu. Vychází z vysokocyklových únavových zkoušek, působením zatížení s konstantní amplitudou (také S-N zkouška) podle DIN 50100, a dělí se na oblasti kvazistatické, časové (nízko- a vysokocyklové únavy ) a trvalé pevnosti.
Jednotlivé oblasti jsou vymezeny počtem cyklů N
- Nízkocyklová únava, 100 – 30 000 cyklů
- Časová pevnost: asi 2 000 000 cyklů
- Vysokocyklová únava: mil. cyklů
Z diagramu S-N lze vyčíst maximální počet cyklů pro určitou amplitudu zatížení. Závisí na vlastnostech materiálu, síle a typu zatížení (pulzující nebo střídavé zatížení s tahovou složkou).
Popis Nízkocyklová únava Časová pevnost Vysokocyklová únava Normy Zkušební stroje Další zkoušky
Popis křivky S-N:
- Rm pevnost v tahu (při statickém namáhání)
- Sa amplituda napětí
- SaD vysokocyklová pevnost
- N přípustný počet cyklů
- ND limitní počet cyklů
- NG prahový počet cyklů
- K – nízkocyklová únava / nízkocyklová únavová pevnost
- Z – trvalá životnost / trvalá únavová pevnost
- D – vysokocyklová únava / vysokocyklová únavová pevnost
Nízkocyklová únava
Nízkocyklová únava je oblast do 10 000 – 100 000 cyklů.
Nízkocyklová únavová pevnost se zjišťuje pomocí nízkocyklové únavové zkoušky (LCF). V tomto rozsahu jsou materiály a součásti namáhány do té míry, že během cyklů dochází k mikroplastickým deformacím a k porušení materiálu dochází již v počáteční fázi. Pro podrobnější popis se často používá Coffin-Mansonův model.
Zatížení, které vede k lomu vzorku během čtvrtiny cyklů, se označuje jako statická pevnost. Určuje se při zkoušce tahem.
Časová únavová pevnost
Časová únavová pevnost leží v rozsahu 10 000 – 1 000 000 cyklů (podle druhu materiálu). V oblasti časové únavy dosáhne vzorek vždy podmínky porušení (např. trhliny nebo lomu).
Časová únavová pevnost se zjišťuje zkouškou vysokocyklové únavy (HCF). Výsledkem zkoušky je počet cyklů při jedné určité amplitudě namáhání.
Vysokocyklová únava
Vysokocyklová únava představuje oblast, v níž materiál vydrží velmi dlouho cyklické zatěžování bez výrazných známek únavy nebo poruchy. Vysokocyklová únavová zkouška slouží ke sledování vysokocyklové únavy.
V oblasti vysokocyklové únavy je stanoven omezený počet cyklů NG. Pokud dojde k porušení vzorku před dosažením stanoveného počtu cyklů, zkouška je považována za neplatnou. Materiály, které při vysokocyklové únavové zkoušce vydrží více než 1 000 000 cyklů bez porušení, jsou považovány za únavě odolné.
Koncepce vysokocyklové únavy vede k výrazně nižším přípustným napětím než koncepce statického namáhání.
Průběh S-N (Woehlerovy) křivky v oblasti vysokocyklové únavy se dělí na 3 typy:
- Horizontální průběh křivky S-N: Výrazná vysokocyklová únavová pevnost nebo dlouhodobá únavová odolnost se často vyskytuje u feritických ocelí.
- Následný pokles křivky S-N s menším sklonem: často se vyskytuje u austenitické oceli nebo hliníku.
- Po počátečním vodorovném průběhu klesá křivka S-N přibližně při 100 000 000 cyklech: vnitřní vady vytvářejí trhliny pod povrchem.
Významné normy pro stanovení křivky S-N
- DIN 50100: Zkoušky únavy při řízeném zatěžování – Provádění a vyhodnocování cyklických zkoušek kovových vzorků a součástí při konstantních amplitudách zatížení
- ASTM E466-15: Standardizovaný postup provádění axiálních únavových zkoušek kovových materiálů řízených silou s konstantní amplitudou
- ISO 1099: Kovové materiály – Únavové zkoušky – Metoda řízení osové síly
- EN 6072: Letectví a kosmonautika – Kovové materiály – Zkušební metody – Únavová zkouška konstantní amplitudou
