Złamanie spowodowane stresem środowiskowym
W materiałoznawstwie pęknięcie pod wpływem naprężeń środowiskowych lub pęknięcie wspomagane środowiskiem 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 takie zjawiska, jak pękanie korozyjne naprężeniowe , kruchość wodorowa , kruchość ciekłego metalu i zmęczenie korozyjne , które mieszczą się w tej kategorii. Środowisko, takie jak wilgotne powietrze, woda morska oraz żrące ciecze i gazy, powoduje pękanie naprężeniowe. Kompozyty z osnową metaliczną są również podatne na wiele z tych procesów.
Tworzywa sztuczne i kompozyty na bazie tworzyw sztucznych mogą pęcznieć, odklejać się i tracić wytrzymałość pod wpływem płynów organicznych i innych środowisk powodujących korozję, takich jak kwasy i zasady. Pod wpływem naprężeń i środowiska wiele materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza o dużej wytrzymałości właściwej, staje się kruchych i traci odporność na pękanie. Podczas gdy ich odporność na kruche pękanie pozostaje niezmieniona, ich progowy współczynnik intensywności naprężeń 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 to zjawisko, w którym synergistyczne działanie korozji i naprężeń rozciągających prowadzi do kruchego pękania materiałów normalnie ciągliwych przy ogólnie niższych poziomach naprężeń. Podczas pękania korozyjnego naprężeniowego materiał jest względnie niewrażliwy na działanie korozyjnego (brak korozji ogólnej, tylko korozja miejscowa), ale w jego obrębie tworzą się drobne pęknięcia . Proces ten ma poważne konsekwencje dla wykorzystania materiału, ponieważ obowiązujące bezpieczne poziomy naprężeń są drastycznie zmniejszone w korozyjnym środowisku. Pękanie sezonowe i kruchość żrąca to dwa procesy pękania spowodowanego korozją naprężeniową, które wpłynęły odpowiednio na użyteczność mosiężnych łusek i kotłów ze stali nitowanej .
Kruchość wodorowa
Niewielkie ilości wodoru obecne w niektórych materiałach metalicznych powodują, że są one kruche i podatne na wzrost pęknięć podkrytycznych pod wpływem naprężeń. Efektem ubocznym procesów galwanicznych może być kruchość wodorowa .
Zniszczenie opóźnione , czyli pęknięcie elementu poddanego naprężeniom po upływie określonego czasu, jest charakterystyczną cechą kruchości wodorowej (2). Wnikanie wodoru do materiału może nastąpić podczas galwanizacji, trawienia , fosforanowania , topienia , odlewania lub spawania . Korozja podczas pracy w wilgotnym środowisku generuje wodór, którego część może przedostać się do metalu w postaci wodoru atomowego (H • ) i powodować kruchość. Obecność naprężeń rozciągających , zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, jest konieczna do uszkodzenia metali. Podobnie jak w przypadku pękania w wyniku korozji naprężeniowej, kruchość wodorowa może również prowadzić do obniżenia progowego współczynnika intensywności naprężeń propagacji pęknięcia lub zwiększenia podkrytycznej prędkości wzrostu pęknięcia materiału. Najbardziej widocznym efektem wodoru w materiałach jest drastyczne zmniejszenie ciągliwości podczas prób rozciągania . Może zwiększać, zmniejszać lub pozostawiać niezmienione granicę plastyczności materiału.
Wodór może również powodować ząbkowanie niektórych metali, takich jak niob , nikiel i niektóre stale (3).
Studium przypadku
Jedną z najgorszych katastrof spowodowanych pękaniem korozyjnym naprężeniowym był upadek Silver Bridge w stanie Wirginia Zachodnia w 1967 r., kiedy pojedyncze kruche pęknięcie powstałe w wyniku rdzy osiągnęło poziom krytyczny. Pęknięcie było na jednym z ogniw drążka kierowniczego jednego z łańcuchów zawieszenia, a całe złącze szybko się zepsuło z powodu przeciążenia. Wydarzenie nasiliło się i cały most zniknął w mniej niż minutę, zabijając wówczas 46 kierowców lub pasażerów na moście.
Zobacz też
- Pękanie krokodyla – niepokój na nawierzchni asfaltowej
- Pękanie naprężeniowe w środowisku – Kruche pękanie polimerów termoplastycznych
- Inżynieria kryminalistyczna - Badanie awarii związanych z interwencją prawną
- Mechanika pękania - Dziedzina mechaniki badająca propagację pęknięć w materiałach
- Pękanie sezonowe - Forma pękania naprężeniowo-korozyjnego mosiężnych łusek
- Pękanie korozyjne naprężeniowe - Wzrost pęknięć w środowisku korozyjnym
- Integralność strukturalna i awaria - Zdolność konstrukcji do utrzymania projektowanego obciążenia konstrukcyjnego bez zerwania
- Mars G. Fontana, Inżynieria korozji , wydanie 3, McGraw-Hill, Singapur, 1987
- AR Troiano, przeł. American Society for Metals, 52 (1960), 54
- TKG Namboodhiri, przeł. Indyjski Instytut Metali, 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, Texas, (1967), 446
- NJ Petch i P. Stables, Nature, 169 (1952), 842
- RA Oriani, Berichte der Bunsen-Gesellschaft für physikalische Chemie, 76 (1972), 705
- CD Beachem, metal. Tłum., 3 (1972), 437
- DG Westlake, tłum. ASM, 62 (1969), 1000