6. Деградационные процессы и диагностика их протекания

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

6.1. 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 достаточно 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 (см. раздел 3.2.). Изменение механических свойств обусловлено развитием процессов охрупчивания и выражается, с одной стороны, в изменении показателей прочности (o_b, о_0,2, НВ), а с другой, в снижении вязко-пластических показателей (5, \[/) 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 перерас­пределением атомов углерода и кислорода в ферритной матрице, а также частичным распадом цtментитной 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 (СтЗ, Ст4, Сталь 20), 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. Важный фактор, ускоряющий старение — наличие механи­ческих напряжений.

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.