خوردگی تنشی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

خوردگی تنشی (به انگلیسی: Stress Corrosion) شکست یک ماده به دلیل تأثیر هم‌زمان خوردگی و تنش کششی کمتر از تنش نامی ماده است.
اثر هم‌زمان خوردگی و تنش، خوردگی تنشی است و چون گاهی مواقع عامل ایجاد این نوع خوردگی ترک است به اختصار SCC می‌گویند. این نوع خوردگی بیشتر در جاهایی که سیستم تحت تأثیر نیروی کششی قرار دارد و خوردگی هم در محیط نقش دارد، ظاهر می‌شود. عواملی همچون تنش کششی و محیط خورنده و آلیاژ حساس به دو عامل قبل باعث ایجاد خوردگی تنشی می‌شوند.

افزایش تنش پسماند کششی، آلیاژی شدن، قرارگیری پتانسیل خوردگی در آغاز رویینگی (ایجاد لایه نگهدارنده) و پایان رویینگی (نابودی لایه نگهدارنده) احتمال این گونه خوردگی را افزایش می‌دهند.

ترک خوردگی تنشی(SCC)[ویرایش]

ترک خوردگی تنشی(Stress Corrosion Cracking) فلزات به یک ترک خوردگی اطلاق می‌شود که از ترکیب اثرهای یک تنش کششی و یک محیط خورنده خاص اعمال شده بر فلز ایجاد می‌شود. در اثنای وقوع SCC معمولاً سطح فلز خیلی کم خورده می‌شود در حالی که ترک‌های بسیار موضعی در مقطع فلز منتشر می‌شود. تنش‌هایی که موجب ایجاد SCC می‌شوند می‌توانند به صورت تنش‌های پسماند یا تنش‌های اعمالی باشند. تنش‌های پسماند زیادی که باعث پیدایش SCC می‌شوند ممکن است، به عنوان مثال، ناشی از تنش‌های حرارتی حاصل ازاهنگ سرد شدن ناهمسان، طراحی مکانیکی ضعیف برای تحمل تنش‌ها، استحاله‌های فازی به وقوع پیوسته در اثنای عملیات حرارتی، کار سرد وجوشکاری باشند.
[۱] فقط ترکیبات معینی از آلیاژها ومحیط‌ها باعث ایجاد SCCمی‌شوند. به نظر می‌رسد که هیچ الگوی کلی برای محیط‌هایی که باعث ایجاد SCC در آلیاژها می‌شوند موجود نباشد. مثلاً، فولادهای زنگ نزن در محیط‌های کلریدی ترک می‌خوردند در صورتی که در محیط‌های حاوی آمونیاک این امر اتفاق نمی‌افتد. در مقابل، برنج‌ها (آلیاژهای Zn-Cu) در محیط‌های حاوی آمونیاک ترک می‌خورند اما در محیط‌های کلریدی ترک نمی‌خورند. ترکیب‌های جدیدی از آلیاژها و محیط‌هایی که باعث بروز پدیده SCC می‌شوند، مدام در حال کشف هستند.
مکانیزم ترک خوردگی تنشی، مکانیزم‌های مؤثر در ایجاد SCC به‌طور کامل شناخته نشده‌اند زیرا سیستم‌های آلیاژی و محیط‌های مختلف زیادی وجود دارند که مستلزم مطالعه مکانیزم‌های مختلف است. اکثر مکانیزم‌های بروز SCC شامل مراحل شروع و انتشار ترک هستند. در بسیاری از موارد ترک در یک حفره یا ناپیوستگی دیگر در روی سطح فلز شروع می‌شوند. پس از آغاز ترک، نوک ان‌ها امکان امکان پیشروی دارند. تنش بالایی در نوک ترک، ناشی از اعمال تنش‌های کششی بر فلز ایجاد می‌گردد. انحلال آندی فلز، از طریق خوردگی الکتروشیمیایی موضعی در نوک ترک، با پیشروی آن صورت می‌گیرد. ترک در صفحه‌ای عمود بر امتداد تنش کششی رشد می‌کند تا موقعی که فلز پاره شود. در یک آزمون کلاسیک که توسط پریست وهمکاران او انجام شد، نشان داده شد که یک ترک در حال پیشروی را می‌توان با حفاظت کاتدی متوقف کرد. موقعی که حفاظت کاتدی حذف شد، ترک دوباره شروع به رشد کرد.
تنش کششی برای شروع وانتشار ترک‌ها لازم است و در گسستن لایه‌های سطحی حائز اهمیت است. با کاهش سطح تنش زمان لازم برای ایجاد ترک افزایش می‌یابد. درجه حرارت و محیط نیز عوامل مهمی در ایجاد ترک در خوردگی تنشی هستند.
[۲]

انواع ترک‌های خوردگی تنشی[ویرایش]

ترک‌های ایجاد شده در قطعه به دو صورت پیشروی می‌کنند.
ترک‌های ترد که دانه‌ها را از مرز دانه‌ها از هم جدا می‌کند که ترک بین دانه‌ای هم می‌گویند و بیشتر در فلزات سخت رخ می‌دهد. این ترک دیر تشکیل شده ولی سریع رشد می‌کند و عامل مهم جوانه ترک است.
نوع دوم ترک‌های میان دانه‌ای که ترک می‌تواند دانه‌ها را از وسط بشکافد که معمولاً در فلزات نرم دیده می‌شود.

دو مثال از این نوع خوردگی[ویرایش]

تردی بازی[ویرایش]

در قرن نوزده مشاهده کردند فولاد در محیطی که مقداری سود (NAOH= محیط بازی) وجود دارد بعد از مدتی کار در جاهایی که توسط میخ پرچ شده‌اند ترک‌هایی ظاهر می‌شود و چون در محیط بازی اتفاق می‌افتد و اسم آن را تردی بازی نامیدند.

ترک خوردن فصلی[ویرایش]

مخصوص آلیاژهای مس (برنج) و در محیط‌های قلیایی همانند آمونیاک بوده‌است. در جنگ جهانی دوم انگلیسی‌ها مهمات خود را در انبارهایی ذخیره می‌کردند که کشاورزان مواد شیمیایی خود را در ان قرار می‌دادند و محیط هم در اثر باران‌های فراوان مرطوب بوده‌است. در این زمان فشنگ‌ها که پوکه‌ها آن به قسمت اصلی پرچ شده بود ترک می‌خوردند. علت این دو نوع ترک خوردگی تنشی بوده‌است به‌طوری‌که در مثال اول فولاد در محیط قلیایی مثل سود (NaOH) و تحت تأثیر تنش شروع به ترک خوردن از محل پرچ‌ها می‌کرده‌است. همچنین پوکه‌های فشنگ آلیاژهای برنج‌اند که در محیط آمونیاکی شروه به خورده شدن ترک خوردن می‌کنند.
عامل تنش در هر دو مورد بسیار مهم است. تنش به دو صورت تنش بارگذاری و تنش پسماند می‌تواند اثر بگذارند. تنش‌های پسماند ناشی از هر گونه عملیات ریختگی، جوشکاری، نورد، کار سرد، کار مکانیکی و … است. تنش کششی اعمال شده بر یک قطعه موجب می‌شود فاصلة اتم‌ها نسبت به حالت عادی بیشتر شده و خوردگی راحت‌تر بتواند برای تأثیر بگذارد.
برای ارزیابی خوردگی تنشی قطعة مورد استفاده را آماده کرده و تحت تنش قرار می‌دهیم. تحت نیروی مشخص قطعه از هم جدا می‌شود سپس همین آزمایش را در حضور محیط خورنده انجام می‌دهند. از سرعت‌های پایین شروع به اعمال تنش می‌کنند تا سرعت‌های بالاتر ادامه می‌دهند.

جلوگیری از ترک خوردگی تنشی[ویرایش]

از آنجایی که مکانیزم‌های بروز SCC کاملاً شناخته شده نیستند، لذا روش‌های جلوگیری ار آن به کلی متکی به تجربه هستند. یک یا چند روش زیر از بروز SCC در فلزات جلوگیری می‌کند یا آهنگ آن را کاهش می‌دهد.
۱-کاهش مقدار تنش اعمال شده بر آلیاژ به پایین‌تر از تنی که تحت آن ترک خوردگی در آلیاژ تشکیل می‌شود. این کار را می‌توان توسط کاهش تنش اعمالی بر آلیاژ یا با اعمال یک باز پخت تنش زدایی بر آن انجام داد. فولادهای کربنی ساده در محدوده دمایی ۶۰۰تا۶۵۰درجه سانتی گراد وفولادهای زنگ نزن اوستنیتی در محدوده دمایی ۸۱۵تا۹۲۵ سانتیگراد تحت عملیات حرارتی تنش زدایی قرار می‌گیرند.
۲-حذف محیط مخرب.
۳-تغییر نوع آلیاژ در صورتی که هیچ‌کدام از تغییرات محیط یا سطح تنش مقدور نباشند. به عنوان مثال، باید از تیتانیم به جای فولاد زنگ نزن در ساخت مبدل‌های حرارتی در تماس با آب دریا استفاده کرد.
۴-اعمال حفاظت کاتدی با استفاده از آندهای مصرفی یا یک منبع قدرت خارجی.
۵-افزودن باز دارنده‌ها اگر مقدور باشند. ز پدیده sccمی‌شوند، مدام در حال کشف هستند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ENGINEERING AN INTRODUCTION_callister
  2. principles of material science and engineering_Smith,William Fortune

Mars G. Fontana, Corrosion Engineering, McGraw-Hill, 1987.