Cracarea prin coroziune la stres

Pentru cracarea prin coroziune prin stres (în engleză Stress Corrosion Cracking, SCC) se înțelege un fenomen de degradare a unui material datorită acțiunii combinate a coroziunii și aplicării unei constante de sarcină . Deseori duce la eșecul brusc și neașteptat al materialelor metalice în mod normal ductile supuse stresului într-un mediu coroziv, în special la temperaturi ridicate. Viteza de propagare a fracturii este remarcabilă tocmai datorită acțiunii combinate a celor doi factori. Stresul poate fi cauzat de concentrațiile de stres în zone deosebit de critice, cum ar fi marginile găurilor sau colțurilor care nu sunt suficient de rotunjite (în acest caz vorbim despre „ efectul de crestătură ”), sau de tensiunea reziduală datorată fabricației (de exemplu după prelucrare rece). Această din urmă circumstanță poate fi evitată prin tratamente termice adecvate de recoacere .

Metale sensibile la coroziune la stres

Unele oțeluri inoxidabile austenitice și aliaje de aluminiu sunt sensibile la cracarea prin coroziune la presiune în prezența clorului, a oțelurilor ductile în prezența alcalinilor și a nitraților și a carbonaților și a bicarbonaților, a aliajelor de cupru în soluții de amoniac și multe metale suferă de această problemă atunci când sunt în contact sau acoperite cu metale lichide aproape de punctul lor de topire ( mercur , galiu și cadmiu la temperaturi ridicate). Din aceste motive utilizarea oțelurilor inoxidabile pentru fabricarea recipientelor de apă, dacă conține chiar și câteva părți pe milion de clor, este limitată la temperaturi sub 50 ° C (sub această temperatură oțelurile inoxidabile austenitice nu dau coroziune la stres chiar dacă în prezența cloroilor).

Chiar mai important este modul de defectare a elementelor din oțelurile cu rezistență ridicată în prezența fisurilor de coroziune la solicitare. De fapt, se comportă într-un mod foarte fragil într-o mare varietate de medii apoase, în special conținând clor. În aceste condiții, metalele menționate prezintă propagarea fisurilor într-o zonă subcritică: fisura se propagă în ciuda faptului că este mult sub K _Ic , așa cum se arată în tabelul următor

Ligă	K _Ic MN / m ^3/2	mediu inconjurator	K _Iscc MN / m ^3/2
13Cr oțel	60	3% NaCI	12
18Cr-8Ni	200	42% _MgCl2	10
Cu-30Zn	200	_NH4OH, pH7	1
Al-3Mg-7Zn	25	Halogenuri apoase	5
Ti-6Al-1V	60	0,6M KCl	20

Creșterea fracturii

Natura subcritică a propagării fracturii poate fi atribuită energiei chimice eliberate în actul propagării, adică:

energie elastică eliberată + energie chimică = energie de suprafață + energie de deformare

Propagarea fracturii începe cu un K _Iscc mai mic decât K _Ic calculat în absența fenomenelor corozive și apoi continuă cu o rată de creștere guvernată de procesul mai lent de deteriorare, între coroziune și stres mecanic, care în majoritatea cazurilor este timpul necesar ionilor pentru a difuza până la vârful fracturii. Prin urmare, odată cu înaintarea fisurii, K, calculat cu lungimea fisurii în sine, crește până ajunge la propagarea K K _Ic, iar în acest moment apare o ruptură de tip casant, astfel bruscă. Crăparea prin coroziune prin stres este insidioasă din cauza naturii sale imprevizibile. Oțelurile inoxidabile, de exemplu, sunt utilizate datorită capacității lor de „pasivare”, adică de a genera un strat protector de oxid pe suprafață care le face practic inerte față de mediul extern. Cu toate acestea, această caracteristică le face sensibile la fisurarea prin coroziune la stres, ca urmare a deteriorării stratului de oxid de protecție și a fenomenului de degradare ulterior până la rupere, în timp ce restul materialului este complet intact.

Accidente celebre datorate fisurilor de coroziune la stres

Prăbușirea Podului de Argint din 1967.

Fenomenele de coroziune prin stres au provocat prăbușirea catastrofală a Podului de Argint în decembrie 1967 , când o grindă de suspensie a cablului a cedat, provocând întreaga structură să se prăbușească în mai puțin de un minut, ucigând 46 de persoane ^[1] care au trecut cu vehiculele pe pod la acel timp. Conexiunile grinzilor au fost afectate de fenomene de coroziune prin stres, care au devenit decisive odată cu introducerea unei sarcini termice datorită temperaturii scăzute. Mai mult, ruptura a fost favorizată de nivelul ridicat de tensiuni reziduale din structură. Acest dezastru a dus la o analiză aprofundată a stării podurilor din Statele Unite.

Notă

^ Davis , p. 3 .

Bibliografie

Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K și Gagg, C, Ingineria materialelor criminalistice: studii de caz , CRC Press (2004).
( EN ) Joseph R. Davis, Coroziunea: înțelegerea elementelor de bază , ASM International, 2000, ISBN 0-87170-641-5 .