0
04136674922

خوردگی خستگی (Corrosion fatigue)

خوردگی خستگی را می توان ترکیب خستگی معمولی و خوردگی دانست که در تنش کششی پایین تر از حد خستگی معمولی در فلز مورد نظر موجب انهدام می شود.

یک قطعه هنگامی تنها توسط خستگی شکسته می شود که تنش تکراری یا سیکلی بالای حد خستگی فلز به آن اعمال شده باشد. شکل زیر یک منحنی را براساس تنش و تعداد سیکل ها موسوم به منحنی های SN نشان می دهد. منحنی A در نمودار SN فلز را در هوا نمایش می دهد. توجه کنید که اگر تنش زیر حد خستگی باشد تعداد سیکل ها مهم نیست و شکستی روی نخواهد داد. ولی، اگر همان فلز در محیط خورنده ای مانند آب شیرین یا آب نمک قرار داده شود و همان تنش اعمال شود حد خستگی به مقدار زیادی کاهش خواهد یافت و چنان که در منحنی B دیده می شود انهدام (ترک خوردگی) می تواند صورت گیرد. موقعی که خوردگی خستگی در حال پیشرفت است، بعد از تعدادی سیکل محدود صرفنظر از این که تنش کششی اعمالی چقدر پایین است به علت پایین آمدن مداوم منحنی SN انهدامی ایجاد خواهد شد. 

 

منحنی SN – خستگی فلزی در هوا (منحنی A) و همان فلز در یک محیط خورنده (محیط B)

 

تنش های فشاری منجر به خوردگی خستگی نخواهد شد. خوردگی خستگی شبیه به SCC می باشد جز این که تنش مورد نظر سیکلی یا تکراری است. 

این نوع از خوردگی وقتی که چنین تنش هایی ایجاد می شود، نظیر دستگاه های رفت و برگشتی تحت شرایط خوردگی، موجب انهدام جدی می شود. صنایع نفت، مخصوصاً از این نوع خوردگی ضرر دیده است. مثلاً لوله حفاری و میله های مکنده مدفون در آب های شور و خام ترش اغلب به علت این نوع از مکانیزم خوردگی منهدم می شوند.

 

مثال هایی از انهدام های خوردگی خستگی 

 

موارد زیر مثال هایی از انهدام های عملی خوردگی خستگی می باشند: 

 

مثال ۱: نمونه جالبی از انهدام خوردگی خستگی در طول جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد و آن موقعی بود که سیم های فولادی مورد استفاده در عملیات مین روبی مکرراً شکسته شدند. محیط خورنده، آب دریا بود و لرزش خطوط فولادی تحت کشش در موقع کشیدن مین یاب ها از آب، تنش های سیکلی ایجاد می کرد. جایگزینی سیم فولادی با استحکام بالاتر این مشکل را حل نکرد؛ ولی استفاده از حفاظت کاتدی به شکل سیم فولادی گالوانیزه انهدام ها را متوقف کرد.

 

مثال ۲: مواد مهندسی برای ساخت پمپ عمودی طراحی شده برای کاربری آب زیرزمینی به جز برای یک قطعه به خوبی انتخاب شده بود. شافت از جنس فولاد زنگ نزن و تجهیزات شیر کنترل از پلی وینیل کلرید ساخته شده بود، ولی ستون عمودی که شافت را جا داده بود و نگهدارنده موتور از برنج کم سرب ساخته شده بود. هر بار برای روشن کردن موتور یک نیروی پیچشی به ستون اعمال می شد. این کار در طول روز بارها تکرار می شد. ستون توسط خوردگی خستگی در محل مشخصه نیروی پیچشی اعمال شده منهدم شد. پمپ مزبور با پمپ مشابه که ستون آن از فولاد زنگ نزن آستنیتی بود تعویض شد که اینک حداقل پنج سال میگذرد و هنوز خراب نشده است.

 

مثال ۳: در سال ۱۹۸۱، پره اولین ردیف کمپرسور هوای محوری در یک کارخانه اسيد منهدم شد. پره از فولاد زنگ نزن ۴۰۳ AISI با پوشش محافظ ساخته شده بود. پوشش ترکیبی از پوشش معدنی به همراه افزودنی آلومینیوم به عنوان پرکننده بود. هوای مورد استفاده حاوی سولفات آمونیم و فسفات، و بخارات اسید نیتریک همراه با رطوبت بود. معلوم شده است این اتمسفر موجب ایجاد حفره شدید در فولاد زنگ نزن ۴۰۳ AISI می شود. در بازرسی روشن گردید که خوردگی خستگی در محل هایی که پوشش تخریب شده است شروع شده بود. حفره های خوردگی که روی پره تشکیل شده بود موجب تسریع عمل خوردگی شده بود. پوشش تقریبا پس از شش سال کار کردن خراب شده بود. حل مشکل کارخانه شامل پوشش مجدد پره ها به طور مرتب توسط فروشنده بود. 

 

طراح برای کاهش خوردگی خستگی چه کارهایی می تواند انجام دهد:

 

۱٫ استفاده از مواد با مقاومت بیشتر

۲. تغییر طراحی برای کاهش یا متوقف کردن تنش سیکلی

٣. در صورت امکان حذف شرایط خورنده با تعویض محل تجهیزات

۴. اجتناب از منابع تنش با جلوگیری از تغییر ناگهانی سطح مقطع. مقاطع بزرگ پیش بینی کنید و از زوایای تند پرهیز نمایید. برای استفاده از تغییرات مرحله به مرحله از کاهش پیوسته مقاطع استفاده کنید. از ایجاد سوراخ ها و ضمایم در صورت امکان اجتناب کنیداگر این کار عملی نیست آن ها را در محل های با تنش کم قرار دهید.

۵. بجای جوش های روی هم از جوش های سر به سر استفاده کنید. جوش های روی هم در مقایسه با جوش های سر به سر آمادگی بیشتری نسبت به خوردگی خستگی دارند.

۶. از ماشین کاری یا سنگ زنی خشن اجتناب کنید به علاوه از لبه های قیچی شده و پانچ شده که می توانند موجب شروع خوردگی خستگی شوند اجتناب کنید.

۷. قطعات را ساچمه زنی کنید. این کار سطح بیرونی را در وضعیت فشاری قرار می دهد و چون خستگی به تنش های کششی نیاز دارد از این رو خوردگی خستگی اتفاق نخواهد افتاد.

۸. از ممانعت کننده استفاده کنید. اگر قطعه در محیط خورندهای غوطه ور باشد مثل بازوی رفت و برگشتی در آب شور، معلوم شده است که ممانعت کننده ها در جلوگیری از خوردگی خستگی مؤثر هستند.

۹. از حفاظت گالوانیکی استفاده کنید.

۱۰. اگر قطعات مورد نظر نیتروره یا کربوریزه شده باشند نتیجه آن بهبود خواص خوردگی خستگی خواهد بود.

۱۱. اگر قرار است قطعات عملیات حرارتی شوند مقرر کنید که دکربوریزه رخ ندهد چون این کار استعداد به خوردگی خستگی را افزایش می دهد.

۱۲. مقرر کنید که پوشش های محافظ مناسب روی قطعات اعمال شوند. توضیحات طراح باید تاکید کند که قطعه باید به طور منظم بازرسی شود و در صورت نیاز پوشش تجدید شود

 

منبع: کتاب مبانی طراحی خوردگی – ر.جیمز لندروم – ترجمه مهندس احد یوسف نژاد

ارسال دیدگاه