діагностика металів

Основні види руйнування металів

Виділяють такі основні види (механізми) руйнування конструкційних матеріалів: в'язке або пластичне, крихке, утомлююча, повзучість, корозійне, ерозійне.

Перші чотири види руйнування реалізуються під дією механічних навантажень.

Строго кажучи, корозія - процес мимовільний, що супроводжується зниженням вільної енергії матеріалу. Його результатом є поява термодинамічно більш стійких в порівнянні з вихідним матеріалом хімічних сполук. По механізму процесу корозію поділяють на:

хімічну - за рахунок гетерогенної хімічної реакції, що призводить до утворення продуктів корозії безпосередньо на ділянці, що піддається корозії. До неї відносять корозію газову і корозію в електролітах;

електрохімічний - яка підпорядковується законам електрохімічної кінетики і включає дві групи реакцій - катодний і анодний, які не обов'язково локалізовані на певних ділянках поверхні корродирующего елемента. За рахунок виникає електричного струму можливе видалення продуктів корозії з ділянок руйнування.

Останнім часом, з огляду на практичній важливості для трубопровідного транспорту та інших галузей виробництва, виділяють біохімічну корозію - процес, пов'язаний з впливом мікроорганізмів на метал. При цьому метал, руйнуючись, є живильним середовищем і (або) піддається впливу продуктів виділення мікроорганізмів.

Слід відрізняти корозію від ерозії - поступового механічного руйнування металу під впливом абразивних і (або) труться частинок.

У даній роботі будуть розглядатися тільки перші чотири види руйнування металів, що виникають під дією переважно механічних і (або) термічних навантажень.

Механічне руйнування матеріалів зазвичай розглядають на трьох рівнях: атомних зв'язків, мікроструктурному і контініумном. З позицій фізичного підходу руйнування реалізується через розрив окремих атомних зв'язків. Механіка, здебільшого, нехтує структурою, і по-суті, в рамках механічного континиума оперує з полями напружень і деформацій. Мікроструктурний рівень руйнування за масштабом даного явища займає проміжне положення.

Подальший розвиток уявлень про природу руйнування передбачає органічна сполука досягнень в дослідженні процесів пошкоджуваності і руйнування з позицій фізики і механіки руйнування. На об'єднанні таких підходів і народилася нова дисципліна - структурна механіка руйнування. Деякі з положень цієї роботи, зокрема, при оцінці характеристик тріщиностійкості, що враховують елементарні акти руйнування у вершини макротріщини, засновані на уявленнях структурної механіки руйнування.

З сучасних позицій визначення ступеня пошкоджуваності матеріалу і можливості його руйнування обов'язково передбачає врахування стадійності, вид, умови і середовище навантаження. Оскільки на всіх стадіях руйнування виключно велика роль пластичної деформації, правомірно при діагностуванні матеріалу завжди враховувати зв'язок характеристик його структури з особливостями пластичної деформації при зародженні та розповсюдженні тріщин.

При одноразовому навантаженні в залежності від величини пластичної деформації біля вершини тріщини розрізняють крихке і в'язке руйнування.

Крихким називають такий вид руйнування твердого тіла (елемента або всієї конструкції), при поширенні тріщини в якому розмір зони пластичної деформації біля вершини тріщини дуже малий у порівнянні з розміром тріщини або поперечником твердого тіла (елемента конструкції), в'язким - коли розмір зони пластичної деформації у вершини розповсюджується тріщини можна порівняти з величиною тріщини або поперечним розміром твердого тіла.

Деталі машин, механізмів і елементи конструкцій працюють в складних температурно-силових умовах. До числа найбільш часто зустрічаються режимів навантаження слід віднести повторне (змінне) додаток навантажень. Діагностування втомної пошкоджуваності елементів конструкцій - одна з найскладніших технічних завдань. З підвищенням температури експлуатації металевих конструкцій різко інтенсифікуються процеси дифузії і структурних змін. У цих умовах найбільш частою причиною відмови конструкції або її елемента є повзучість.