Одним з найбільш поширених матеріалів, які використовуються в промисловості і будівництві, є метал. Навіть на тлі появи технологічних склопластиків і композитів його унікальні комбінації експлуатаційних властивостей не втрачають актуальності. Тим не менш такі фактори, як старіння металу, ефект втоми, корозія та інші процеси руйнування обмежують його застосування, змушуючи технологів шукати засоби підвищення стійкості структури.
Процес старіння
Під старінням металевих сплавів і чистих елементів розуміється зміна їх експлуатаційних якостей. З плином часу конструкції і деталі змінюються у своїй структурі, що відбивається і в робочих показниках. Вважається, що процес старіння металу має негативні наслідки, хоча він зумовлює і підвищення окремих корисних техніко-фізичних властивостей. Наприклад, підвищується твердість матеріалу, хоча паралельно збільшується і крихкість. У будь-якому випадку зміна структури відхиляє експлуатаційні якості, на які робиться розрахунок, наприклад, при розробці проекту будівлі або техніки.
Час є головною причиною старіння, але не єдиною. Чималу роль у цьому процесі можуть відігравати зовнішні умови і особливо агресивні хімічні середовища, з якими контактує матеріал. У нормальних умовах експлуатації відбувається повільне механічне старіння металу, на тлі якого атоми вироби піддаються дифузії.
Штучне старіння
Оскільки цей процес не завжди призводить до повної втрати експлуатаційної цінності матеріалу, а також сприяє нарощуванню деяких якостей, нерідко використовується штучне старіння. Наприклад, ця методика застосовується до сплавів алюмінію і титану з метою підвищення їх міцності. Досягається цей ефект за допомогою термічної обробки. Якщо природне старіння металу може відбуватися дуже повільно навіть при нормальній кімнатній температурі, то штучний процес вимагає спеціальної гарту. Але важливо враховувати принципову відмінність цього методу і технології відпустки металу. Старіння у штучно створених умовах зумовлює підвищення твердості і міцності, а також сприяє і зменшення пластичності.
Заходи запобігання старіння
В принципі, зупинити цей процес не можна. Але сповільнити його або виключити фактори, що стимулюють старіння, з різним ступенем успішності цілком можливо. Приміром, на деяких виробництвах метали окремих конструкцій періодично обробляються захисними розчинами і поліролями, які мінімізують вплив негативних факторів експлуатації – хімічних, температурних, механічних і т. д. Що стосується уповільнення ефекту старіння металу в умовах нормального середовища експлуатації, то в залежності від типу конструкції або деталі може застосовуватися та ж термічна обробка. Зварювальники, наприклад, піддають шви високотемпературному впливу при режимах 600-650 °С. Ця методика більшою мірою близька саме до відпустки металів, але вона також дозволяє скоротити інтенсивність старіння.
Хімічна корозія
Процес ржавіння більш небезпечний для металів з точки зору зміни техніко-фізичних якостей. Корозія може відбуватися під впливом хімічного або електрохімічного впливу на конструкцію. І якщо старіння металу протікає повільно, то швидкість поширення іржі може бути дуже високою у залежності від зовнішніх умов. Хімічні корозійні процеси зазвичай мають місце у випадках, коли метал безпосередньо контактує з кислотними розчинами, газовими середовищами, солями і лугами. Це найбільш активні стимулятори корозії, які завжди знаходяться в навколишньому середовищі, але в різних формах. В кінцевому рахунку на зоні ураження утворюється крихкий і пухкий шар, наявність якого знижує довговічність матеріалу.
Електротехнічна корозія
В даному випадку відбувається процес мимовільного взаємодії металевих виробів з електролітичної середовищем. На його тлі деталь піддається окисленню, а рідкий активний компонент відновлюється. Такі процеси можуть виникати в точках контакту між сплавами, у яких різний електродний заряд. Якщо ж на таких дільницях присутні сольові або кислотні розчини, то формується гальванічна пара, в якій функцію анода виконує елемент з низьким електродним зарядом. Відповідно, високий потенціал робить метал катодом. Важливо відзначити, що і старіння і корозія металу можуть відбуватися навіть без сильних стимуляторів. Для електрохімічного іржавіння досить мінімального впливу кислотного середовища, яка може бути присутнім і в закритих приміщеннях. Але найчастіше таким процесам піддається елементна база автомобілів. Причиною виникнення електрохімічної корозії в таких ситуаціях може стати засмічення карбюраторних жиклерів, залягання паливних клапанів, порушення в проведенні пар електрообладнання і т. д.
Заходи боротьби з корозією
Більшість засобів захисту являють собою зовнішні покриття, з яких і починається руйнування структури. Для цього можуть застосовуватися спеціальні напилення, лакофарбові покриття, порошки, емалі і лакові склади. Ефективний бар'єр від корозійного ураження формується і методами попереднього цинкування перед введенням конструкції або деталі в експлуатацію.
Більш серйозна підготовка передбачає і легування. Подібна модифікація структури, зокрема, може змінити і темпи старіння металу, причому як у бік підвищення, так і до зниження. Існують і спеціальні високотехнологічні методи, що застосовуються на виробництвах і в промисловості. До таких можна віднести фаолитирование, деаерацію і газотермическую обробку.
Висновок
Перераховані процеси руйнування і зміни структури металів є лише частиною тих явищ, які можуть впливати на характеристики матеріалу. Особливе місце серед них займає і ефект втоми. Це процес, при якому поступово накопичуються пошкодження зумовлюють зростання напруги в структурі, що згодом призводить до втрати експлуатаційних властивостей. Але на відміну від старіння металу його втома майже завжди обумовлюється зовнішніми фізичними впливами. Щоб жоден з розглянутих процесів не чинив негативного впливу на конструкційну стійкість виробу, слід спочатку оцінити його схильність впливу тих чи інших факторів. Для цього технологи виробляють спеціальні методи контролю заготовок, вказуючи для проектних матеріалів їх слабкі і сильні техніко-фізичні якості.
