5. Деградационные процессы и диагностика их протекания

К деградационным процессам относятся естественное старение, коррозия и изнашивание материалов, являющихся основными физико-химическими причинами потери прочности оборудования.

5.1. Старение материалов

Старение металлов проявляется в изменении их механических, физических и химических свойств, обусловленном термодинамической неравновесностью исходного состояния материала и постепенном приближении его структуры к равновесному состоянию в условиях диффузной подвижности атомов.

При термической обработке металлы и сплавы полностью или частично сохраняют атомную структуру, характерную для высокотемпературного состояния. В чистых металлах неравномерность этой структуры состоит в избыточной (для низких температур) концентрации различных дефектов кристаллической структуры. В сплавах неравновесность структуры связана с сохранением фаз, неустойчивых при низких температурах. Наиболее опасно старение сплавов, обусловленное процессами распада пересыщенного твердого раствора из-за повышенной растворимости примесей при высоких температурах. При достаточно большой степени пересыщения твердый раствор оказывается нестабильным при низких температурах и его расслоение идет во всей массе материала.

С течением времени изменяется структура и свойства конституционного металла по сравнению с исходным. Изменение структуры связано в основном с субструктурой матрицы стали, и может быть установлена с помощью металлофизических, микроскопических и других видов исследования. Изменение механических свойств обусловлено развитием процессов охрупчивания и выражается, с одной стороны, в изменении показателей прочности (σ_b, σ_0,2, НВ), а с другой, в снижении вязкопластических показателей (δ, ψ) и показателей сопротивления хрупкому разрушению (Кс).

Анализ эксплуатационных факторов, действующих на металл, позволяет выделить следующие процессы, приводящие к его старению:

1)деформационное старение (особенно для сварных соединений в связи с термодеформационным воздействием на металл и повышенным напряженным состоянием), связанное с перерас-пределением атомов углерода и кислорода в ферритной матрице а также частичным распадом цементитной фазы;

2)водородное старение (охрупчивание), обусловленное изменением напряженного состояния структуры матрицы и снижением ее трещиностойкости из-за ослабления границ зерен;

3)циклическое воздействие нагрузок, вызывающее микропластические деформации и локализацию концентрации напряжений, ускоряющих развитие повреждаемости металла.

Чувствительность к технологическим и эксплуатационным воздействиям, виды отказов, значимость факторов старения и коррозии различны для различных сталей:

• низкоуглеродистых (Ст3, Ст4, Сталь20),

• низкоуглеродистых низколегированных (стали 10Г2С, 09Г2С, 14ХГС, 19Г, 17ГС и др.),

• низколегированных с карбидообразующими элементами (14Г2СФБ, 14Г2САФ,16Г2СФБ, 07Г2ФБ и др.).

Старение наиболее характерно для полимерных материалов. Оно приводит к необратимому изменению свойств под воздействием тепла, кислорода, солнечного света, озона, ионизирующих излучений и других факторов. В соответствии с факторами воздействия различают следующие основные виды старения полимеров: термическое, термоокислительное, световое, озоновое, радиационное. Наличие механических напряжений есть важный фактор, ускоряющий старение.

Причина старения полимеров - химические превращения макромолекул, приводящие к их деструкции.

Следствия старения - ухудшение механических характеристик, появление трещин на поверхности и их разрастание.

Нормализованные методы испытаний на старение указаны в разделе 3.3