В материаловедении , разрушение под воздействием окружающей среды или разрушение при содействии окружающей среды - это общее название, данное преждевременному разрушению под воздействием растягивающих напряжений и вредных условий окружающей среды таких материалов, как металлы и сплавы , композиты , пластмассы и керамика .
Металлы и сплавы проявляют такие явления, как коррозионное растрескивание под напряжением , водородное охрупчивание , охрупчивание жидкими металлами и коррозионная усталость, которые подпадают под эту категорию. Такие среды, как влажный воздух, морская вода и коррозионные жидкости и газы, вызывают разрушение из-за воздействия окружающей среды. Композиты с металлической матрицей также подвержены многим из этих процессов.
Пластмассы и композиты на их основе могут набухать, расслаиваться и терять прочность при воздействии органических жидкостей и других агрессивных сред, таких как кислоты и щелочи. Под воздействием напряжения и окружающей среды многие конструкционные материалы, особенно высокопрочные, становятся хрупкими и теряют устойчивость к разрушению. Хотя их вязкость разрушения остается неизменной, их пороговый коэффициент интенсивности напряжений для распространения трещин может быть значительно снижен. Следовательно, они становятся склонными к преждевременному разрушению из -за докритического роста трещин . Эта статья призвана дать краткий обзор различных процессов деградации, упомянутых выше.
Коррозионное растрескивание под напряжением
Коррозионное растрескивание под напряжением - это явление, при котором синергетическое действие коррозии и растягивающего напряжения приводит к хрупкому разрушению обычно пластичных материалов при более низких уровнях напряжения. Во время коррозионного растрескивания под напряжением материал относительно невосприимчив к коррозии, но внутри него образуются мелкие трещины. Этот процесс имеет серьезные последствия для полезности материала, потому что применимые безопасные уровни напряжения резко снижаются в коррозионной среде. Сезонное растрескивание и щелочное охрупчивание - это два процесса коррозионного растрескивания под напряжением, которые повлияли на удобство эксплуатации латунных гильз и стальных котлов с заклепками соответственно.
Водородной хрупкости
Небольшие количества водорода, присутствующие в некоторых металлических материалах, делают их хрупкими и склонными к докритическому росту трещин под напряжением. Водородное охрупчивание может возникать как побочный эффект гальванических процессов.
Отсроченный отказ - это разрушение компонента под напряжением по прошествии определенного времени, что является характерной чертой водородного охрупчивания (2). Попадание водорода в материал может происходить во время нанесения покрытия, травления, фосфатирования, плавления , литья или сварки . Коррозия во время эксплуатации во влажной среде приводит к образованию водорода, часть которого может попасть в металл и вызвать охрупчивание. Наличие растягивающего напряжения, внутреннего или внешнего, необходимо для повреждения металлов. Как и в случае коррозионного растрескивания под напряжением, водородное охрупчивание может также привести к снижению порогового коэффициента интенсивности напряжения для распространения трещины или увеличению докритической скорости роста трещины в материале. Наиболее заметное влияние водорода на материалы - резкое снижение пластичности во время испытаний на растяжение. Это может увеличить, уменьшить или оставить неизменным предел текучести материала.
Водород также может вызывать зубчатую текучесть некоторых металлов, таких как ниобий , никель и некоторые стали (3).
Тематические исследования
Одним из самых серьезных бедствий, вызванных коррозионным растрескиванием под напряжением, было падение Серебряного моста , штат Западная Вирджиния, в 1967 году, когда одна хрупкая трещина, образованная ржавчиной, достигла критического уровня. Трещина была на одном из звеньев поперечной рулевой тяги одной из цепей подвески, и все соединение быстро вышло из строя из-за перегрузки. Событие обострилось, и весь мост исчез менее чем за минуту, в результате чего на мосту погибли 46 водителей или пассажиров.
Смотрите также
- Растрескивание под воздействием окружающей среды
- Судебная инженерия - Расследование сбоев, связанных с правовым вмешательством
- Механика разрушения - область механики, связанная с изучением распространения трещин в материалах.
- Коррозионное растрескивание под напряжением - рост трещин в агрессивной среде.
- Структурная целостность и разрушение - инженерное событие, при котором структурная целостность конструкции нарушается из-за отказа компонентов конструкции.
Рекомендации
- Марс Дж. Фонтана, Corrosion Engineering , 3-е издание, McGraw-Hill, Сингапур, 1987 г.
- А. Р. Трояно, Пер. Американское общество металлов, 52 (1960), 54
- TKG Namboodhiri, Trans. Индийский институт металлов, 37 (1984), 764
- А.С. Тетельман, Фундаментальные аспекты коррозионного растрескивания под напряжением , под ред. Р.У. Стэле, А.Дж. Сорти и Д. Ван Роян, Национальная ассоциация инженеров по коррозии, Хьюстон, Техас, (1967), 446
- NJ Petch и P. Stables, Nature, 169 (1952), 842
- RAOriani, Berichte der Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie, 76 (1972), 705
- КД Бичем, Металл. Пер., 3 (1972), 437
- DG Westlake, Trans. АСМ, 62 (1969), 1000