Właściwości mechaniczne materiałów

1. Właściwości mechaniczne materiałów • moduł sprężystości, • granica plastyczności, • wytrzymałość, • twardość, • odporność na pękanie, • wytrzymałość zmęczeniowa, • odporność na pełzanie • Zjawiska występujące w materiałach w trakcie eksploatacji • nagłe pękanie • zmęczenie materiału • pełzanie • utlenianie i korozja • tarcie i zużycie trybologiczne

2. Korozja Korozja jest to proces niszczenia materiałów w wyniku reakcji chemicznych i elektrochemicznych zachodzących podczas zetknięcia się materiału z otaczającym je środowiskiem gazowym lub ciekłym. Proces zaczyna się na powierzchni. • Ze względu na przyczyny zjawiska rozróżnia się dwa rodzaje korozji: • chemiczną (utlenianie) • elektrochemiczną Rozpoczęty proces korozji, o ile nie ulegnie zahamowaniu, prowadzi do całkowitego zniszczenia detalu. Odporność na korozję materiałów zależy głównie od:1. Rodzaju materiału - składu chemicznego 2. Struktury 3. Stanu powierzchni

3. Korozja chemiczna metali - utlenianie - tworzenie tlenków

4. Szybkość utleniania zależna jest od szybkości dyfuzji jonów tlenu lub metalu przez powstającą warstwę tlenku, jej przewodnictwa elektrycznego i szczelności. Tlenki o właściwościach ochronnych: Cr2O3, Al2O3, SiO2, TiO2

5. Korozja elektrochemiczna Korozja elektrochemiczna zachodzi w cieczach, zwykle w roztworach wodnych, na skutek przepływu prądu elektrycznego, z jednej części metalu do drugiej, za pośrednictwem elektrolitu. Przykładem jej może być rozpuszczanie metali w kwasach. Korozja elektrochemiczna (w środowisku wilgotnym) zachodzi znacznie szybciej niż utlenianie w suchych gazach Korozja elektrochemiczna jest wynikiem działania lokalnych ogniw galwanicznych tworzących się na powierzchni metalu.

6. Lokalne ogniwa korozyjne mogą powstawać: • wskutek zetknięcia dwóch różnych metali • w wyniku zetknięcia metalu z wtrąceniami niemetalicznymi • wskutek częściowej pasywacji metalu, tj. częściowego pokrycia go tlenkami • w rezultacie naprężeń mechanicznych, występujących w metalu • jako ogniwa stężeniowe tworzące się wówczas, gdy kawałek metalu styka się z roztworami o różnych stężeniach soli lub tlenu.

7. Szereg elektrochemiczny metali: Na< Mg< Al< Zn<Fe< Cd< Co< Ni< Pb< H< Cu< Hg< Ag< Au ujemne potencjały normalne dodatnie potencjały normalne metale “nieszlachetne” metale “szlachetne” Każdy metal tego szeregu wypiera następne metale z roztworu ich soli. Im bardziej ujemna jest wartość potencjału normalnego metalu tym większą posiada on tendencję do przechodzenia do roztworu, czyli mniejszą odporność na korozję elektrochemiczną.

8. Przez pasywacjęrozumiemy zwiększenie odporności metalu na korozję przez utworzenie na jego powierzchni szczelnej i silnie przylegającej ochronnej warstewkitlenków, która chroni metal przed oddziaływaniem otaczającegośrodowiska. Warstewka ochronna może być wytworzona przez utlenienie powierzchni przez tlen gazowy lub jako wynik procesu elektrochemicznego.

9. Ze względu na skutki zniszczenia rozróżnia się korozję: • równomierną • międzykrystaliczną • lokalną: • wżerową • naprężeniową • selektywną • kontaktową Korozja międzykrystaliczna Korozja równomierna

10. Korozja lokalna: F F Korozja wżerowa Korozja naprężeniowa zachodzi na skutek istnienia w metalu naprężeń o kierunku rozciągającym oraz ośrodka aktywnego.

11. Korozja selektywna Korozja kontaktowa zachodzi w miejscu styku różnych stopów metali np.stali zestopem miedzi, dzięki czemu powstają lokalne ogniwa prowadzące do znacznego ubytku metalu.

12. Ochrona przed korozją • Istnieje kilka sposobów ochrony przed korozją: • Dobór odpowiedniego metalu lub stopu. • 2. Osłabienie agresywności środowiska. • Sposób ten można stosować, gdy ilość ośrodka atakującego jest ograniczona. • przez usuwanie tlenu z elektrolitów o odczynie obojętnym np. odpowietrzanie wody kotłowej • stosowanie inhibitorów (opóźniaczy). Są to substancje, które dodane do środowiska agresywnego, zmniejszają wybitnie szybkość procesów korozyjnych. • 3. Stosowanie ochrony katodowej i protektorowej • 4. Stosowanie powłok ochronnych

13. ochrona katodowa (zewnętrzym zródłem prądu) - polega na utrzymywaniu takiej różnicy potencjałów, aby chroniony metal był zawsze katodą. • ochrona protektorowa - jest odmianą ochrony katodowej przy użyciu zewnętrzej elektrody o dostatecznie niskim potencjale w szeregu elektrochemicznym

14. Tarcie i zużycie trybologiczne F=m P Wartości współczynników tarcia: Idealnie czyste metale w próżni >5 Czyste metale w powietrzu 0,5 - 2 Stal - stopy łożyskowe 0,1 – 0,5 Stal – ceramika 0,1 – 0,5 Metale i ceramika po polimerach 0,04 – 0,5 Smarowanie graniczne metali 0,05 – 0,2 Smarowanie hydrodynamiczne 0,001 – 0,005

15. Smarowanie graniczne Smarowanie hydrodynamiczne

16. Zużycie trybologiczne spowodowane jest procesami tarcia. Intensywność tego zużycia zależy od odporności obszarów tarcia warstw wierzchnich i od rodzaju oddziaływania • Bruzdowanie • Ścinanie nierówności • Ścinanie nierówności ścierniwem • Odkształcenie plastyczne materiału

17. Zużycie ścierne: W obszarach tarcia występują cząstki ścierniwa (utwierdzone lub luźne) Zużycie adhezyjne Polega na lokalnym sczepianiu się powierzchni trących, na wierzchołkach nierówności powierzchni i następnym ich rozrywaniu. Występuje dla materiałów o dużym powinowactwie chemicznym. Warstwa tlenków na powierzchni zmniejsza oddziaływanie adhezyjne Zużycie zmęczeniowe Występuje na skutek oddziaływania cyklicznych naprężeń kontaktowych w warstwie wierzchniej. Zmęczenie materiału w warstwie wierzchniej powoduje miejscowe ubytki materiału