تأثیر خوردگی بر روی ساختار مواد

تأثیر خوردگی بر روی ساختار مواد

خوردگی تخریب شیمیایی یا الکترو شیمیایی مواد است که در اثر فعل و انفعال مواد با محیط ایجاد می شود. در مورد فولادها، این پدیده معمولاً از وجود اکسیژن و الکترولیتی مانند آب یا آب نمک ناشی می شود که نوعی اتفاق اجتناب ناپذیر در یک محیط دریایی یا خطوط لوله آب است.

از نظر تئوری، پوشش های محافظتی، آندهای فداشونده و پسیوشدن (Passivation) عواملی هستند که می توانند خوردگی را کاهش دهند یا به طور کامل از آن جلوگیری کنند. اما در شرایط عملی عوامل متعددی مانند دما، تنش های متغیر، لرزش و فعالیت های میکروبی تأثیر این روش های محافظتی را تا حدود زیادی کاهش می دهند. از طرف دیگر، اثرات خوردگی بر انتشار ترک نیز قابل توجه و مهم است.

تأثیر خوردگی بر روی خواص مکانیکی بیشتر در خوردگی یکنواخت و خوردگی حفره ای مشاهده می شود. خوردگی یکنواخت (همانطور که از نام آن پیداست) به طور یکنواخت در کل سطح قطعه مورد نظر پخش می شود. اما در مقابل، خوردگی حفره ای به صورت موضعی اتفاق می افتد. در این نوع خوردگی، شکستن لایه محافظ منجر به ایجاد حفره ای می شود که در آن خوردگی گالوانیک موضعی از طریق یک مکانیزم خوردگی بسیار پیچیده رخ می دهد.

در مورد خوردگی یکنواخت، ارزیابی تأثیر آن بر استحکام ساختاری ماده بسیار ساده است. باید کاهش ضخامت و کاهش وزن صفحه یا تیر فولادی مورد نظر را تعیین کرد. سپس تنش را با در نظر گرفتن یک بار (Load) معین برای مقطع جدید و کاهش یافته محاسبه کرد.

این موضوع برای خوردگی موضعی، جایی که میدان های تنش موضعی نقش بسیار پررنگ تری داشته و مستقیماً استحکام کششی خود ماده را تحت تأثیر قرار می دهند، پیچیده تر است. برای بهتر نشان دادن این موضوع، یک مطالعه موردی که توسط ناکای، ماتسوشیتا و یاماموتو روی قاب نگهدارنده فولادی 14 ساله انجام شد، نشان می­دهد که:

کاهش استحکام کششی اسمی و کشیدگی کلی (Total Elongation) تابعی از ضخامت (عمق حفره ها) در لایه خورده شده است. با از دست دادن ضخامت در اثر خوردگی، استحکام کششی به تدریج کاهش می یابد. در حالی که حداکثر کشیدگی با شیب تندتری کاهش می یابد.

باید توجه شود که استحکام کششی اسمی با استحکام نهایی (UTS) یکسان نیست. چرا که اولی خاصیت یک سازه است، اما دومی خاصیت یک ماده است. در این حالت، استحکام اسمی به حداکثر بار در سطح مقطع اصلی اشاره دارد (که مشخصا به دلیل خوردگی کاهش می یابد).

این کاهش در حداکثر ظرفیت حمل بار، در یک عضو سازه با خوردگی حفره ای، 2.5 برابر بیشتر از یک عضو با خوردگی یکنواخت مشاهده شد.هنگام بررسی نمونه های کوچک، می توان با استفاده از استحکام نهایی ماده (حاصل ضرب سطح مقطع در استحکام کششی نهایی) حداکثر بار کششی مجاز را پیش بینی کرد.

هنگامی که از نمونه های گسترده (مثلا صفحه ای شکل) استفاده شود، تمرکز تنش باعث تغییر شکل پلاستیک موضعی و شروع شکستگی موضعی در مجاورت حفرات بزرگ تر می شود. این بدان معنی است که آستانه تنش برای شروع ترک برای نمونه های صفحه ای کمتر از نمونه های کوچک است.علاوه بر اثرات مذکور بر استحکام کششی، خوردگی حفره ای تأثیر منفی بیشتری بر استحکام کمانش (Buckling Strength) سازه نسبت به خوردگی یکنواخت داشته است.