Един от най-често използваните материали в индустрията и строителството е металът. Дори на фона на появата на технологични фибростъкло и композити, неговите уникални комбинации от експлоатационни свойства не губят своята актуалност. Въпреки това, фактори като стареене на метала, ефекти на умора, корозия и други процеси на разграждане ограничават приложението му, принуждавайки технолозите да търсят начини за увеличаване на издръжливостта на конструкцията.
Процесът на стареене
Остаряването на металните сплави и чистите елементи се разбира като промяна в тяхната производителност. С течение на времето дизайните и частите се променят в структурата си, което се отразява в производителността. Смята се, че процесът на стареене на метала има отрицателни последици, въпреки че води до повишаване на някои полезни технически и физични свойства. Например, твърдостта на материала се увеличава, въпреки че крехкостта също се увеличава успоредно. Във всеки случай промяната в структурата се отклонява от производителността, която се очаква, например при разработване на сграда или инженерен проект.
Времето е основната причина за стареенето, но не и единствената. Външните условия могат да играят значителна роля в този процес.особено химически агресивни среди, с които материалът влиза в контакт. При нормални работни условия настъпва бавно механично стареене на метала, срещу което атомите на продукта претърпяват дифузия.
Изкуствено стареене
Тъй като този процес не винаги води до пълна загуба на експлоатационната стойност на материала, а също така допринася за растежа на някои качества, често се използва изкуствено стареене. Например, тази техника се прилага към алуминиеви и титаниеви сплави, за да се увеличи тяхната здравина. Този ефект се постига чрез топлинна обработка. Ако естественото стареене на метала може да настъпи много бавно дори при нормална стайна температура, тогава изкуственият процес изисква специално втвърдяване. Но е важно да се вземе предвид фундаменталната разлика между този метод и технологията за закаляване на метал. Стареенето при изкуствено създадени условия причинява увеличаване на твърдостта и здравината, но също така допринася за намаляване на пластичността.
Мерки за предотвратяване на стареенето
По принцип този процес не може да бъде спрян. Но е напълно възможно да го забавите или да премахнете факторите, които стимулират стареенето, с различна степен на успех. Например в някои индустрии металите на отделните конструкции се обработват периодично със защитни разтвори и полиращи средства, които минимизират въздействието на негативните експлоатационни фактори - химични, температурни, механични и др. Що се отнася до забавянето на ефекта от стареене на метала при нормални условия на работа, вВ зависимост от вида на конструкцията или частта може да се приложи същата термична обработка. Заварчиците, например, излагат шевовете на високи температури при 600-650 °C. Тази техника е по-подобна на темперирането на метал, но също така намалява интензивността на стареене.
Химична корозия
Процесът на ръждясване е по-опасен за металите по отношение на промените в техническите и физическите качества. Корозията може да възникне под въздействието на химично или електрохимично въздействие върху структурата. И ако стареенето на метала е бавно, тогава скоростта на разпространение на ръждата може да бъде много висока в зависимост от външните условия.
Химичните процеси на корозия обикновено протичат в случаите, когато металът е в директен контакт с киселинни разтвори, газообразни среди, соли и основи. Това са най-активните промотори на корозия, които винаги се намират в околната среда, но в различни форми. В крайна сметка върху засегнатата област се образува крехък и рехав слой, чието присъствие намалява издръжливостта на материала.
Електрическа корозия
В този случай има процес на спонтанно взаимодействие на метални продукти с електролитната среда. На фона му частта претърпява окисление и течният активен компонент се възстановява. Такива процеси могат да възникнат в точките на контакт между сплави, които имат различни заряди на електродите. Ако в такива зони има сол иликиселинни разтвори, тогава се образува галванична двойка, в която анодната функция се изпълнява от елемент с нисък заряд на електрода. Съответно, висок потенциал прави метала катод.
Важно е да се отбележи, че както стареене, така и корозия на метала могат да възникнат дори без силни стимуланти. За електрохимично ръждясване е достатъчно минимално излагане на кисела среда, която може да присъства и на закрито. Но най-често такива процеси са подложени на елементната база на автомобилите. Причината за електрохимична корозия в такива ситуации може да бъде запушване на дюзи на карбуратора, горивни клапани, нарушения в окабеляването на двойки електрически съоръжения и др.
Мерки за контрол на корозията
Повечето защитно оборудване е външно покритие, от което започва разрушаването на конструкцията. За това могат да се използват специални покрития, бои, прахове, емайли и лакови състави. Ефективна бариера срещу повреда от корозия също се формира чрез методите за предварително поцинковане преди пускането на конструкция или част в експлоатация.
По-сериозната подготовка включва и легиране. Такава модификация на структурата, по-специално, може да промени скоростта на стареене на метала, както нагоре, така и надолу. Съществуват и специални високотехнологични методи, използвани в производството и индустрията. Те включват фаолитиране, обезвъздушаване и термична обработка на газ.
Заключение
Изброените процеси на разрушаване и промени в структурата на металите са само част от онези явления, които могат да повлияят на характеристиките на материала. Специално място сред тях заема ефектът на умората. Това е процес, при който постепенно натрупаните повреди причиняват увеличаване на напрежението в конструкцията, което впоследствие води до загуба на експлоатационни свойства. Но за разлика от стареенето на метала, неговата умора почти винаги е причинена от външни физически влияния.
За да се гарантира, че нито един от разглежданите процеси няма отрицателно въздействие върху структурната стабилност на продукта, е необходимо първоначално да се оцени неговата чувствителност към влиянието на определени фактори. За това технолозите разработват специални методи за наблюдение на детайлите, посочващи техните слаби и силни технически и физически качества за дизайнерски материали.
