Korozja naprężeniowa i zmęczenie korozyjne

Wiele metali i konstrukcji ulega uszkodzeniom korozyjnym na skutek agresywności środowiska i jednoczesnego działania czynników mechanicznych. Do tego typu uszkodzeń należą korozja naprężeniowa, zmęczeniowa, kawitacyjna i erozyjna. Pękanie naprężeniowe i zmęczeniowe wywołane są głównie naprężeniami pierwszego rodzaju, to znaczy naprężeniami w makroskali, występującymi w całej objętości i współmiernymi z wielkością elementu. Jeśli naprężenia zginające, rozciągające lub ściskające, będące efektem oddziaływań zewnętrznych lub przemian strukturalnych leżą z zakresie odkształceń sprężystych, to wpływają na obniżenie odporności materiału na korozję w wyniku dwóch procesów: obniżania stabilności termodynamicznej metalu na skutek dostarczenia energii (wpływ tego procesu jest bardzo mały) oraz naruszenia ciągłości warstwy pasywnej, powodującego obniżenie właściwości ochronnych tej warstwy. Takie naprężenia najczęściej sprzyjają korozji ogólnej, ale nie prowadzą do powstawania zlokalizowanych pęknięć materiału.

Pękanie korozyjne pod wpływem naprężenia może zachodzić tylko przy równoczesnym oddziaływaniu środowiska korozyjnego i naprężeń rozciągających. Mikronaprężenia i niejednorodność strukturalna materiału zakłócają w różnym stopniu przebieg pękania. Pęknięcia korozyjne rozwijają się zarówno po granicach ziaren (w przypadku niższych naprężeń) jak i śródkrystalicznie (rys. nr 4). Przełomy, nawet w materiałach plastycznych, mają charakter kruchego pękania.

Rys. nr 4.4. Pęknięcie w wyniku korozji naprężeniowej stali austenitycznej

Źródło: Barbara Surowska, Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozją, Politechnika Lubel-ska, Lublin 2002
Mechanizm pękania korozyjnego, mimo wielu prac doświadczalnych i rozważań teo-retycznych nie jest ostatecznie wyjaśniony. Najogólniejszą i popartą największą liczbą badań jest teoria elektrochemiczna. Zgodnie z tą teorią podstawowym czynnikiem rozwoju pęknięcia jest przyspieszone anodowe rozpuszczanie materiału na czole w szczelinie pęknięcia. Zarodkowanie pęknięcia następuje w środowisku sprzyjającym korozji lokalnej. Przyłożone naprężenie może uszkodzić lokalnie warstwę pasywną, dając początek pęknięciu. Pęknięcie może być również zainicjowane na wżerze. Na rysunku nr 5 pokazano schemat pękania korozyjnego.

Rys. nr 4.5. Schemat pękania korozyjnego: 1 – kierunek naprężeń, 2 – szczelina zawierająca elektrolit i produkty korozji, 3 – warstwa pasywna (katoda), 4 – przemieszczający się wierzchołek pęknięcia (anoda), 5 – strefa maksymalnych naprężeń (przed czołem pęk-nięcia)

Źródło: Barbara Surowska, Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozją, Politechnika Lubelska, Lublin 2002

Ponieważ wierzchołek pęknięcia znajduje się w stanie aktywnym i w strefie bezpośrednio przed nim koncentrują się naprężenia, atomy metalu mają w tym miejscu maksymalną energię i łatwo przechodzą do roztworu. Na szybkość rozwoju pękania korozyjnego wpływają też czynniki strukturalne - mikroniejednorodności, rodzaj i liczba dyslokacji, mikroodkształcenia, dyfuzja wodoru i adsorpcja anionów roztworu. W końcowym etapie niszczenia korozyjnego następuje pękanie lawinowe, prowadzące do przełomu.

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.