Jednym z materiałów najczęściej stosowanych w przemyśle i budownictwie jest metal. Nawet na tle pojawienia się technologicznego włókna szklanego i kompozytów, jego unikalne kombinacje właściwości użytkowych nie tracą na znaczeniu. Jednak czynniki takie jak starzenie się metalu, efekty zmęczeniowe, korozja i inne procesy degradacji ograniczają jego zastosowanie, zmuszając technologów do poszukiwania sposobów na zwiększenie trwałości konstrukcji.
Proces starzenia
Starzenie się stopów metali i czystych pierwiastków jest rozumiane jako zmiana ich wydajności. Z biegiem czasu projekty i części zmieniają swoją strukturę, co znajduje odzwierciedlenie w wydajności. Uważa się, że proces starzenia metalu ma negatywne konsekwencje, chociaż powoduje również wzrost pewnych użytecznych właściwości technicznych i fizycznych. Na przykład wzrasta twardość materiału, chociaż równolegle wzrasta również kruchość. W każdym razie zmiana struktury odbiega od oczekiwanej wydajności, na przykład podczas opracowywania projektu budowlanego lub inżynierskiego.
Czas jest główną przyczyną starzenia się, ale nie jedyną. Istotną rolę w tym procesie mogą odgrywać warunki zewnętrzne.szczególnie agresywne chemicznie środowiska, z którymi styka się materiał. W normalnych warunkach pracy następuje powolne mechaniczne starzenie się metalu, wobec którego następuje dyfuzja atomów produktu.
Sztuczne starzenie
Ponieważ proces ten nie zawsze prowadzi do całkowitej utraty wartości użytkowej materiału, a także przyczynia się do wzrostu niektórych właściwości, często stosuje się sztuczne starzenie. Na przykład technikę tę stosuje się do stopów aluminium i tytanu w celu zwiększenia ich wytrzymałości. Efekt ten uzyskuje się poprzez obróbkę cieplną. Jeśli naturalne starzenie się metalu może zachodzić bardzo powoli nawet w normalnej temperaturze pokojowej, to sztuczny proces wymaga specjalnego utwardzenia. Ale ważne jest, aby wziąć pod uwagę fundamentalną różnicę między tą metodą a technologią hartowania metalu. Starzenie w sztucznie stworzonych warunkach powoduje wzrost twardości i wytrzymałości, ale także przyczynia się do spadku ciągliwości.
Środki zapobiegające starzeniu się
W zasadzie tego procesu nie można zatrzymać. Ale całkiem możliwe jest spowolnienie lub wyeliminowanie czynników stymulujących starzenie się, z różnym skutkiem. Na przykład w niektórych branżach metale poszczególnych konstrukcji są okresowo poddawane obróbce roztworami ochronnymi i pastami, które minimalizują wpływ negatywnych czynników eksploatacyjnych - chemicznych, temperaturowych, mechanicznych itp. Co do spowolnienia efektu starzenia metalu w normalnych warunkach pracy, wW zależności od rodzaju konstrukcji lub części można zastosować tę samą obróbkę cieplną. Na przykład spawacze wystawiają szwy na działanie wysokich temperatur w zakresie 600-650 °C. Ta technika jest bardziej zbliżona do odpuszczania metalu, ale zmniejsza również intensywność starzenia.
Korozja chemiczna
Proces rdzewienia jest bardziej niebezpieczny dla metali ze względu na zmiany właściwości technicznych i fizycznych. Korozja może wystąpić pod wpływem chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania na strukturę. A jeśli starzenie się metalu jest powolne, tempo propagacji rdzy może być bardzo wysokie w zależności od warunków zewnętrznych.
Procesy korozji chemicznej zwykle mają miejsce w przypadkach, gdy metal ma bezpośredni kontakt z roztworami kwasów, mediami gazowymi, solami i zasadami. Są to najbardziej aktywne promotory korozji, które zawsze występują w środowisku, ale w różnych formach. Ostatecznie na dotkniętym obszarze tworzy się krucha i luźna warstwa, której obecność zmniejsza trwałość materiału.
Korozja elektryczna
W tym przypadku zachodzi proces spontanicznej interakcji produktów metalowych z medium elektrolitycznym. Na jej tle część ulega utlenianiu, a płynny składnik aktywny zostaje przywrócony. Takie procesy mogą zachodzić w punktach styku stopów, które mają różne ładunki elektrod. Jeśli w takich obszarach jest sól lubroztworów kwasów, wówczas powstaje para galwaniczna, w której funkcję anodową pełni element o niskim ładunku elektrody. W związku z tym wysoki potencjał sprawia, że metal staje się katodą.
Ważne jest, aby pamiętać, że zarówno starzenie, jak i korozja metalu mogą wystąpić nawet bez silnych stymulantów. W przypadku rdzewienia elektrochemicznego wystarczy minimalna ekspozycja na środowisko kwaśne, które może występować również w pomieszczeniach. Ale najczęściej takim procesom poddawana jest baza elementów samochodów. Przyczyną korozji elektrochemicznej w takich sytuacjach może być zatkanie dysz gaźnika, zaworów paliwa, naruszenia w okablowaniu par urządzeń elektrycznych itp.
Środki kontroli korozji
Większość sprzętu ochronnego to powłoka zewnętrzna, od której zaczyna się niszczenie konstrukcji. W tym celu można stosować specjalne powłoki, farby, proszki, emalie i kompozycje lakiernicze. Skuteczną barierę przed uszkodzeniami korozyjnymi tworzą również metody cynkowania wstępnego przed oddaniem konstrukcji lub części do eksploatacji.
Poważniejsze przygotowanie obejmuje również dodawanie stopów. Taka modyfikacja struktury, w szczególności, może zmienić szybkość starzenia metalu, zarówno w górę, jak i w dół. Istnieją również specjalne, zaawansowane technologicznie metody stosowane w produkcji i przemyśle. Obejmują one phaoliting, odpowietrzanie i obróbkę termiczną gazu.
Wniosek
Wymienione procesy niszczenia i zmiany struktury metali to tylko część tych zjawisk, które mogą wpływać na właściwości materiału. Szczególne miejsce wśród nich zajmuje efekt zmęczenia. Jest to proces, w którym stopniowo nagromadzone uszkodzenia powodują wzrost naprężeń w konstrukcji, co w konsekwencji prowadzi do utraty właściwości użytkowych. Ale w przeciwieństwie do starzenia metalu, jego zmęczenie jest prawie zawsze spowodowane zewnętrznymi wpływami fizycznymi.
Aby upewnić się, że żaden z rozważanych procesów nie ma negatywnego wpływu na stabilność strukturalną produktu, należy wstępnie ocenić jego podatność na działanie określonych czynników. W tym celu technolodzy opracowują specjalne metody monitorowania przedmiotów obrabianych, wskazując ich słabe i mocne właściwości techniczne i fizyczne materiałów konstrukcyjnych.
