Złamanie naprężeniowe środowiska - Environmental stress fracture
W materiałoznawstwie , pękanie naprężeniowe w środowisku lub pękanie wspomagane przez środowisko to ogólna nazwa nadana przedwczesnemu zniszczeniu pod wpływem naprężeń rozciągających i szkodliwego środowiska materiałów, takich jak metale i stopy , kompozyty , tworzywa sztuczne i ceramika .
Metale i stopy wykazują zjawisk, takich jak pękanie korozyjne , kruchości wodorowej , ciekły metal kruchości i zmęczenie korozji wszystkich wchodzących w tej kategorii. Środowiska takie jak wilgotne powietrze, woda morska i korozyjne ciecze i gazy powodują pękanie naprężeniowe. Na wiele z tych procesów podatne są również kompozyty z metalową osnową .
Tworzywa sztuczne i kompozyty na bazie tworzyw sztucznych mogą pęcznieć, odklejać się i tracić wytrzymałość pod wpływem płynów organicznych i innych środowisk korozyjnych, takich jak kwasy i zasady. Pod wpływem stresu i środowiska wiele materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza te o wysokiej wytrzymałości właściwej, staje się kruchych i traci odporność na pękanie. Podczas gdy ich odporność na pękanie pozostaje niezmieniona, ich współczynnik progowej intensywności naprężenia dla propagacji pęknięć może być znacznie obniżony. W konsekwencji stają się podatne na przedwczesne pękanie z powodu podkrytycznego wzrostu pęknięć . Ten artykuł ma na celu przedstawienie krótkiego przeglądu różnych procesów degradacji wymienionych powyżej.
Pękanie korozyjne naprężeniowe
Pękanie korozyjne naprężeniowe jest zjawiskiem, w którym synergistyczne działanie korozji i naprężenia rozciągającego prowadzi do kruchego pękania normalnie ciągliwych materiałów przy ogólnie mniejszych poziomach naprężeń. Podczas pękania korozyjnego naprężeniowego materiał jest stosunkowo odporny na działanie środka korozyjnego, ale tworzą się w nim drobne pęknięcia. Proces ten ma poważne konsekwencje dla użyteczności materiału, ponieważ stosowane bezpieczne poziomy naprężeń drastycznie zmniejszają się w środowisku korozyjnym. Pękanie sezonowe i kruchość kaustyczna to dwa procesy korozji naprężeniowej, które mają wpływ na użyteczność odpowiednio mosiężnych łusek i nitowanych kotłów stalowych.
Kruchość wodorowa
Małe ilości wodoru obecne wewnątrz niektórych materiałów metalicznych powodują, że są one kruche i podatne na podkrytyczny wzrost pęknięć pod wpływem naprężeń. Kruchość wodorowa może wystąpić jako efekt uboczny procesów galwanicznych .
Opóźniona awaria to pęknięcie elementu poddanego naprężeniu po upływie określonego czasu, jest charakterystyczną cechą kruchości wodorowej (2). Wnikanie wodoru do materiału może następować podczas platerowania, wytrawiania, fosforanowania, topienia , odlewania lub spawania . Korozja podczas pracy w wilgotnym środowisku wytwarza wodór, którego część może dostać się do metalu i spowodować kruchość. Aby metale uległy uszkodzeniu, konieczne jest występowanie naprężenia rozciągającego, naturalnego lub zewnętrznego. Podobnie jak w przypadku pękania korozyjnego naprężeniowego, kruchość wodorowa może również prowadzić do zmniejszenia progowego współczynnika intensywności naprężenia dla propagacji pęknięcia lub do wzrostu podkrytycznej prędkości wzrostu pęknięcia materiału. Najbardziej widocznym efektem działania wodoru w materiałach jest drastyczne zmniejszenie ciągliwości podczas prób rozciągania. Może to zwiększyć, zmniejszyć lub pozostawić niezmienioną granicę plastyczności materiału.
Wodór może również powodować ząbkowanie w niektórych metalach, takich jak niob , nikiel i niektóre stale (3).
Studium przypadku
Jedną z najgorszych katastrof spowodowanych pękaniem korozyjnym naprężeniowym był upadek Silver Bridge , WV w 1967 r., Kiedy to pojedyncze kruche pęknięcie powstałe w wyniku rdzewienia osiągnęło krytyczny charakter. Pęknięcie znajdowało się na jednym z ogniw drążka kierowniczego jednego z łańcuchów zawieszenia, a całe połączenie szybko uległo przeciążeniu. Wydarzenie przybrało na sile i cały most zniknął w mniej niż minutę, zabijając wówczas 46 kierowców lub pasażerów na moście.
Zobacz też
- Pękanie naprężeniowe w środowisku
- Inżynieria kryminalistyczna - badanie błędów związanych z interwencją prawną
- Mechanika pęknięć - Dziedzina mechaniki zajmująca się badaniem propagacji pęknięć w materiałach
- Pękanie korozyjne naprężeniowe - Rozwój pęknięć w środowisku korozyjnym
- Integralność konstrukcji i awaria - zdarzenie inżynieryjne, w którym integralność konstrukcyjna konstrukcji jest zagrożona z powodu uszkodzenia elementów konstrukcji
Bibliografia
- Mars G. Fontana, Corrosion Engineering , 3. wydanie, McGraw-Hill, Singapur, 1987
- AR Troiano, tłum. American Society for Metals, 52 (1960), 54
- TKG Namboodhiri, Trans. Indian Institute of Metals, 37 (1984), 764
- AS Tetelman, Fundamental Aspects of Stress Corrosion Cracking , red., RW Staehle, AJ Forty i D. Van Rooyan, National Association of Corrosion Engineers, Houston, Teksas, (1967), 446
- NJ Petch i P. Stables, Naturę, 169 (1952), 842
- RAOriani, Berichte der Bunsen-Gesellschaft für physikalische Chemie, 76 (1972), 705
- CD Beachem, Metall. Trans., 3 (1972), 437
- DG Westlake, Trans. ASM, 62 (1969), 1000