Yksi yleisimmistä teollisuudessa ja rakentamisessa käytetyistä materiaaleista on metalli. Jopa teknologisen lasikuidun ja komposiittien syntymisen taustalla, sen ainutlaatuiset suorituskykyominaisuuksien yhdistelmät eivät menetä merkitystään. Kuitenkin tekijät, kuten metallin ikääntyminen, väsymisvaikutukset, korroosio ja muut hajoamisprosessit, rajoittavat sen käyttöä ja pakottavat teknikot etsimään tapoja lisätä rakenteen kestävyyttä.
Ikääntymisprosessi
Metalliseosten ja puhtaiden alkuaineiden ikääntyminen ymmärretään niiden suorituskyvyn muutokseksi. Ajan myötä mallit ja osat muuttuvat rakenteeltaan, mikä näkyy suorituskyvyssä. Metallin ikääntymisprosessilla uskotaan olevan kielteisiä seurauksia, vaikka se lisää myös tiettyjä hyödyllisiä teknisiä ja fysikaalisia ominaisuuksia. Esimerkiksi materiaalin kovuus kasvaa, vaikka samalla myös hauraus kasvaa. Joka tapauksessa rakennemuutos poikkeaa odotetusta suorituskyvystä esimerkiksi rakennus- tai suunnitteluprojektia kehitettäessä.
Aika on tärkein ikääntymisen syy, mutta ei ainoa. Ulkoisilla olosuhteilla voi olla merkittävä rooli tässä prosessissa.erityisesti kemiallisesti aggressiiviset ympäristöt, joiden kanssa materiaali joutuu kosketuksiin. Normaaleissa käyttöolosuhteissa tapahtuu metallin hidasta mekaanista vanhenemista, jota vastaan tuotteen atomit diffuusioituvat.
Keinotekoinen ikääntyminen
Koska tämä prosessi ei aina johda materiaalin käyttöarvon täydelliseen menettämiseen ja edistää myös joidenkin ominaisuuksien kasvua, keinotekoista vanhentamista käytetään usein. Tätä tekniikkaa sovelletaan esimerkiksi alumiini- ja titaaniseoksiin niiden lujuuden lisäämiseksi. Tämä vaikutus saavutetaan lämpökäsittelyllä. Jos metallin luonnollinen vanheneminen voi tapahtua hyvin hitaasti jopa normaalissa huoneenlämmössä, niin keinotekoinen prosessi vaatii erityistä karkaisua. Mutta on tärkeää ottaa huomioon perustavanlaatuinen ero tämän menetelmän ja metallin karkaisutekniikan välillä. Vanheneminen keinotekoisesti luoduissa olosuhteissa lisää kovuutta ja lujuutta, mutta se myös vähentää taipuisuutta.
Toimenpiteet ikääntymisen estämiseksi
Periaatteessa tätä prosessia ei voida pysäyttää. Mutta on täysin mahdollista hidastaa sitä tai poistaa ikääntymistä kiihottavat tekijät vaihtelevalla menestyksellä. Esimerkiksi joillakin teollisuudenaloilla yksittäisten rakenteiden metalleja käsitellään ajoittain suojaliuoksilla ja kiillotusaineilla, jotka minimoivat negatiivisten toimintatekijöiden - kemialliset, lämpötilat, mekaaniset jne. - vaikutuksen. Mitä tulee metallin ikääntymisen vaikutuksen hidastamiseen normaaleissa käyttöolosuhteissa, sisäänRakenteen tai osan tyypistä riippuen voidaan käyttää samaa lämpökäsittelyä. Esimerkiksi hitsaajat altistavat saumat korkeille lämpötiloille 600-650 °C:ssa. Tämä tekniikka muistuttaa enemmän metallin karkaisua, mutta se myös vähentää ikääntymisen voimakkuutta.
Kemiallinen korroosio
Ruostumisprosessi on metallien kann alta vaarallisempi teknisten ja fysikaalisten ominaisuuksien muuttuessa. Korroosiota voi tapahtua rakenteeseen kohdistuvan kemiallisen tai sähkökemiallisen vaikutuksen vaikutuksesta. Ja jos metallin ikääntyminen on hidasta, ruosteen leviämisnopeus voi olla erittäin korkea ulkoisista olosuhteista riippuen.
Kemialliset korroosioprosessit tapahtuvat yleensä tapauksissa, joissa metalli on suorassa kosketuksessa happoliuosten, kaasumaisten väliaineiden, suolojen ja alkalien kanssa. Nämä ovat aktiivisimpia korroosionestoaineita, joita löytyy aina ympäristöstä, mutta eri muodoissa. Lopulta vaurioituneelle alueelle muodostuu hauras ja löysä kerros, jonka läsnäolo heikentää materiaalin kestävyyttä.
Sähkökorroosio
Tässä tapauksessa tapahtuu metallituotteiden spontaani vuorovaikutus elektrolyyttisen väliaineen kanssa. Sen taustaa vasten osa hapettuu ja nestemäinen aktiivinen komponentti palautuu. Tällaisia prosesseja voi tapahtua erilaisten elektrodivarausten omaavien metalliseosten kosketuspisteissä. Jos tällaisilla alueilla on suolaa taihappoliuokset, sitten muodostetaan galvaaninen pari, jossa anoditoimintoa suorittaa elementti, jolla on pieni elektrodivaraus. Näin ollen suuri potentiaali tekee metallista katodin.
On tärkeää huomata, että metallin vanheneminen ja korroosio voivat tapahtua myös ilman vahvoja piristeitä. Sähkökemialliseen ruostumiseen riittää vähäinen altistuminen happamalle ympäristölle, jota voi esiintyä myös sisätiloissa. Mutta useimmiten tällaiset prosessit altistetaan autojen elementtipohjalle. Sähkökemiallisen korroosion syynä tällaisissa tilanteissa voi olla kaasuttimen suuttimien, polttoaineventtiilien tukkeutuminen, sähkölaiteparien johdotuksen rikkomukset jne.
Korroosiontorjuntatoimenpiteet
Suurin osa suojavarusteista on ulkopinnoite, josta rakenteen tuhoutuminen alkaa. Tätä varten voidaan käyttää erityisiä pinnoitteita, maaleja, jauheita, emaleja ja lakkakoostumuksia. Tehokas suoja korroosiovaurioita vastaan muodostuu myös esisinkitysmenetelmillä ennen rakenteen tai osan käyttöönottoa.
Vakavampaan valmisteluun kuuluu myös seostaminen. Erityisesti tällainen rakenteen muunnos voi muuttaa metallin vanhenemisnopeutta sekä ylöspäin että alaspäin. Tuotannossa ja teollisuudessa käytetään myös erityisiä korkean teknologian menetelmiä. Näitä ovat phaoliting, ilmanpoisto ja kaasun lämpökäsittely.
Johtopäätös
Luetteloidut tuhoutumisprosessit ja metallien rakenteen muutokset ovat vain osa niistä ilmiöistä, jotka voivat vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin. Erityinen paikka niiden joukossa on väsymysvaikutuksella. Tämä on prosessi, jossa vähitellen kertyneet vauriot lisäävät rakenteen jännitystä, mikä johtaa myöhemmin käyttöominaisuuksien menettämiseen. Mutta toisin kuin metallin vanheneminen, sen väsyminen johtuu lähes aina ulkoisista fyysisistä vaikutuksista.
Varmistaaksesi, että millään tarkasteluista prosesseista ei ole negatiivista vaikutusta tuotteen rakenteelliseen vakauteen, on ensin arvioitava sen herkkyys tiettyjen tekijöiden vaikutuksille. Tätä varten teknikot kehittävät erityisiä työkappaleiden valvontamenetelmiä, jotka osoittavat niiden heikkoja ja vahvoja teknisiä ja fyysisiä ominaisuuksia suunnittelumateriaaleille.
