Viens no rūpniecībā un celtniecībā visbiežāk izmantotajiem materiāliem ir metāls. Pat uz tehnoloģiskās stikla šķiedras un kompozītmateriālu parādīšanās fona, tās unikālās veiktspējas īpašību kombinācijas nezaudē savu aktualitāti. Tomēr tādi faktori kā metāla novecošana, noguruma efekti, korozija un citi degradācijas procesi ierobežo tā pielietojumu, liekot tehnologiem meklēt veidus, kā palielināt konstrukcijas izturību.
Novecošanās process
Metālu sakausējumu un tīru elementu novecošana tiek saprasta kā to veiktspējas izmaiņas. Laika gaitā dizaini un detaļas mainās to struktūrā, kas atspoguļojas veiktspējā. Tiek uzskatīts, ka metāla novecošanas procesam ir negatīvas sekas, lai gan tas izraisa arī noteiktu noderīgu tehnisko un fizisko īpašību pieaugumu. Piemēram, materiāla cietība palielinās, lai gan paralēli palielinās arī trauslums. Jebkurā gadījumā struktūras izmaiņas atšķiras no veiktspējas, kas tiek gaidīta, piemēram, izstrādājot ēku vai inženierprojektu.
Laiks ir galvenais novecošanās cēlonis, bet ne vienīgais. Ārējiem apstākļiem šajā procesā var būt nozīmīga loma.īpaši ķīmiski agresīva vide, ar kuru materiāls nonāk saskarē. Normālos darbības apstākļos notiek lēna metāla mehāniska novecošanās, pret kuru notiek produkta atomu difūzija.
Mākslīgā novecošana
Tā kā šis process ne vienmēr noved pie pilnīga materiāla ekspluatācijas vērtības zuduma, kā arī veicina dažu īpašību pieaugumu, bieži tiek izmantota mākslīgā novecošana. Piemēram, šo paņēmienu izmanto alumīnija un titāna sakausējumiem, lai palielinātu to izturību. Šis efekts tiek panākts ar termisko apstrādi. Ja metāla dabiskā novecošanās var notikt ļoti lēni pat normālā istabas temperatūrā, tad mākslīgajam procesam nepieciešama īpaša sacietēšana. Bet ir svarīgi ņemt vērā būtisku atšķirību starp šo metodi un metāla rūdīšanas tehnoloģiju. Novecošana mākslīgi radītos apstākļos palielina cietību un izturību, bet arī samazina elastību.
Pasākumi novecošanās novēršanai
Principā šo procesu nevar apturēt. Bet ir pilnīgi iespējams to palēnināt vai novērst faktorus, kas stimulē novecošanos, ar dažādiem panākumiem. Piemēram, dažās nozarēs atsevišķu konstrukciju metālus periodiski apstrādā ar aizsargšķīdumiem un pulēšanas līdzekļiem, kas samazina negatīvo darbības faktoru ietekmi - ķīmisko, temperatūras, mehānisko uc Kas attiecas uz metālu novecošanās ietekmes palēnināšanu normālos ekspluatācijas apstākļos, iekšāAtkarībā no konstrukcijas vai daļas veida var tikt piemērota tāda pati termiskā apstrāde. Piemēram, metinātāji pakļauj šuves augstām temperatūrām 600-650 °C. Šis paņēmiens ir vairāk līdzīgs metāla rūdīšanai, taču tas arī samazina novecošanas intensitāti.
Ķīmiskā korozija
Rūsēšanas process metāliem ir bīstamāks tehnisko un fizisko īpašību izmaiņu ziņā. Korozija var rasties ķīmiskas vai elektroķīmiskas ietekmes ietekmē uz konstrukciju. Un, ja metāla novecošana ir lēna, rūsas izplatīšanās ātrums var būt ļoti augsts atkarībā no ārējiem apstākļiem.
Ķīmiskās korozijas procesi parasti notiek gadījumos, kad metāls ir tiešā saskarē ar skābju šķīdumiem, gāzveida vidi, sāļiem un sārmiem. Šie ir aktīvākie korozijas veicinātāji, kas vienmēr ir sastopami vidē, bet dažādās formās. Galu galā uz skartās vietas veidojas trausls un irdens slānis, kura klātbūtne samazina materiāla izturību.
Elektriskā korozija
Šajā gadījumā notiek metāla izstrādājumu spontānas mijiedarbības process ar elektrolītisko vidi. Uz tā fona daļa tiek oksidēta, un tiek atjaunota šķidrā aktīvā sastāvdaļa. Šādi procesi var notikt saskares punktos starp sakausējumiem, kuriem ir dažādi elektrodu lādiņi. Ja šādās vietās ir sāls vaiskābju šķīdumi, tad veidojas galvaniskais pāris, kurā anoda funkciju veic elements ar zemu elektroda lādiņu. Attiecīgi liels potenciāls padara metālu par katodu.
Svarīgi atzīmēt, ka gan metāla novecošanās, gan korozija var notikt pat bez spēcīgiem stimulatoriem. Elektroķīmiskai rūsēšanai pietiek ar minimālu pakļaušanu skābai videi, kas var būt arī iekštelpās. Bet visbiežāk šādi procesi tiek pakļauti automašīnu elementu bāzei. Elektroķīmiskās korozijas cēlonis šādās situācijās var būt karburatora strūklu, degvielas vārstu aizsērēšana, elektroiekārtu pāru elektroinstalācijas pārkāpumi utt.
Korozijas kontroles pasākumi
Lielākā daļa aizsardzības līdzekļu ir ārējais pārklājums, no kura sākas konstrukcijas iznīcināšana. Šim nolūkam var izmantot īpašus pārklājumus, krāsas, pulverus, emaljas un laku kompozīcijas. Efektīvu barjeru pret korozijas bojājumiem veido arī iepriekšējas cinkošanas metodes pirms konstrukcijas vai daļas nodošanas ekspluatācijā.
Nopietnāka sagatavošanās ir saistīta arī ar leģēšanu. Šāda struktūras modifikācija jo īpaši var mainīt metāla novecošanas ātrumu gan uz augšu, gan uz leju. Ražošanā un rūpniecībā tiek izmantotas arī īpašas augsto tehnoloģiju metodes. Tie ietver faolēšanu, atgaisošanu un gāzes termisko apstrādi.
Secinājums
Norādītie iznīcināšanas procesi un metālu struktūras izmaiņas ir tikai daļa no tām parādībām, kas var ietekmēt materiāla īpašības. Īpašu vietu starp tiem ieņem noguruma efekts. Tas ir process, kurā pakāpeniski uzkrātie bojājumi izraisa konstrukcijas sprieguma palielināšanos, kas pēc tam noved pie ekspluatācijas īpašību zuduma. Taču atšķirībā no metāla novecošanās tā nogurumu gandrīz vienmēr izraisa ārēja fiziska ietekme.
Lai neviens no aplūkotajiem procesiem neatstātu negatīvu ietekmi uz produkta strukturālo stabilitāti, sākotnēji nepieciešams novērtēt tā uzņēmību pret noteiktu faktoru ietekmi. Šim nolūkam tehnologi izstrādā īpašas metodes sagatavju uzraudzībai, norādot to vājās un stiprās tehniskās un fiziskās īpašības dizaina materiāliem.
