korosi

MAKALAH

KOROSI & PELAPISAN

DI

S

U

S

U

NOLEH

MHD ALFIKAR MARPAUNG (5142121003)

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN2015

162 MEKANISME TEGANGAN-KOROSI CRACKING BAJA DAN LOGAM LAINNYA

8.3.5 Inisiasi tegangan -Corrosion Cracking dan Potensi KritisUntuk berbagai logam dan solusi, nilai potensi kritis, tepat di atas yang (atau mulia) S.C.C. inisiasi, tercantum [45] pada Tabel 8.4. Berdasarkan data diperoleh untuk 18-8 stainless steel di MgCl2 pada 130 ° C, retak berinisiatif untuk kedalaman tidak lebih besar dari 0,013-0,025 cm (0,005 -. 0,01 di) berhenti menyebarkan pada potensial 5 mV atau kurang di bawah nilai kritis [46]. Untuk retak lebih dalam, potensi dikenakan diperlukan untuk menghentikan propagasi semakin negatif (aktif), dicatat dengan efek perisai logam dalam celah dan dengan solusi perubahan komposisi akibat faktor-faktor seperti akumulasi produk anodik pembubaran dalam retak.

Dengan kata lain, kondisi lingkungan yang diperlukan untuk memulai retak juga yang diperlukan untuk perambatan retak. Untuk beberapa logam - kombinasi solusi, S.C.C. dihindari dengan polarisasi tidak hanya di bawah potensi atau potensial kisaran kritis tertentu, tetapi juga pada potensi tidak jauh di atas (mulia) Kisaran tersebut. Kali kegagalan yang paling cepat pada potensial antara orang-orang di mana S.C.C. terjadi. Dalam rentang potensial yang relatif sempit di mana S.C.C. terjadi, adsorpsi ion merusak di situs cacat mobile optimal, sesuai dengan tegangan - sudut pandang penyerapan. Misalnya, baja ringan mengalami diucapkan S.C.C. intergranular dalam amonium karbonat (170 g / liter) pada 70 ° C dalam potensi kisaran -0,26 sampai -0,35 V (SHE), tetapi jauh lebih sedikit sehingga di luar kisaran ini (Gambar. 8.6) [47]. Kisaran rentan potensi masih lebih dibatasi untuk sedikit dingin - baja canai. Karena potensi korosi lebih mulia

TABEL 8.4. Beberapa Potensi Kritis untuk Inisiasi S.C.C. [45]

aWQ, air - dipadamkan dari 1050 ° C.bSpesimen Precracked.cLihat Gambar. 20,7, Bagian 20.2.3. (161)

163 PENGARUH TEGANGAN

Gambar 8.6 . Pengaruh potensial diterapkan pada tegangan - korosi baja ringan pada 170 gamonium karbonat per liter , 70 ° C [ 47 ] . [ Dicetak ulang dengan izin dari Korosi 32 ( 2 ) ,57 ( 1976) . Hak Cipta NACE International 1976. ]

[0.16 V (SHE)] dan baik dihapus dari kisaran rentan, amonium mobil-Bonate tidak terdaftar di antara lingkungan yang merusak biasanya ditemui. Namun, berbagai potensi rentan dapat tumpang tindih dalam kondisi perlindungan katodik disertai dengan resiko SCC jika karbonat yang hadir. Sebuah potensi dibatasi serupa terhadap waktu - ke - kurva kegagalan dipamerkan oleh ringan baja di 35% NaOH pada 85-125 ° C (embrittlement kaustik) (Gambar 8.7.) [48]. Karena Potensi korosi pada -0,90 V (SHE), SCC tidak terjadi dalam waktu 200 jam atau lebih kecuali terlarut O 2 atau agen oksidasi, seperti PbO, hadir bahwa pergeseran potensi korosi ke kisaran kerentanan maksimum pada atau dekat -0,71 V. Dalam acara ini, baik anodik atau katodik polarisasi meluas waktu untuk kegagalan.

8.3.6 Tingkat Crack Pertumbuhan (Mekanika Fraktur)Di bawah kondisi yang menguntungkan untuk inisiasi SCC, tingkat berikutnya retak pertumbuhan tergantung pada teganggan berlaku; yaitu, semakin tinggi tegangan, semakin tinggi pula. Sebuah hubungan linear empiris ditemukan antara tegangan diterapkan dan log waktu untuk fraktur oleh S.C.C. untuk spesimen kelancaran austenitic dan martensit stainless baja, baja karbon, kuningan, dan aluminium paduan. Linear hubungan dan biasanya resistensi yang lebih besar dari kecil - butir - paduan ukuran ditampilkan untuk kuningan pada Gambar. 8.8 [49]. Untuk beberapa logam, perubahan kemiringan ke salah satu yang relatif dangkal pada nilai rendah tegangan, menunjukkan sensitivitas yang lebih besar dari waktu kegagalan untuk mengubah stres diterapkan. Saya Takan dicatat, bagaimanapun, bahwa baik fraktur hubungan empiris mengungkapkan waktu versus stres diterapkan maupun data yang khas Gambar. 8.8 mendukung konsep.(162)

164 | PENGARUH TEGANGAN

Gambar 8.7 . Pengaruh potensial diterapkan pada kali kegagalan 0,09 % C baja ringan di tiga tem - suhunya di 35 % larutan natrium hidroksida [ 48 ] . [ Dicetak ulang dengan izin dari Korosi 28 , No. (11) , 430 (1972 ) . Hak Cipta NACE International 1972. ]

Gambar 8.8 . Hubungan tegangan diterapkan ke waktu untuk fraktur 66 % Cu , 34% Zn kuningan terkena amonia . ( Data Morris [ 49 ] replotted . )(163)


Sebuah tegangan ambang batas bawah yang S.C.C. tidak terjadi. Sebuah tegangan tarik permukaan rendah berarti hanya waktu itu untuk fraktur relatif panjang.

Karena tegangan di permukaan tertinggi pada akar takik atau ketidaksempurnaan, itu ada yang retak tumbuh paling cepat. Cacat permukaan bertindak tegangan efektif pengibar termasuk lubang korosi dan retak kelelahan. Selain itu, pada cacat permukaan yang suffi sien dalam, potensi elektrokimia berbeda dari pada permukaan; juga, komposisi dan pH larutan dalam cacat bisa diubah dengan transportasi elektrokimia melalui operasi sel aerasi diferensial.Perubahan ini ditambah peningkatan tegangan lokal kadang-kadang bergabung untuk memulai SCC serta mempercepat pertumbuhan retak [50].

Tegangan sebenarnya dekat ujung retak panjang tegangan elastis yang solid dapat dihitung dalam hal elastis tegangan intensitas faktor, K1. Untuk geometri tertentu-laki ditunjukkan pada Gambar. 8,9, K 1is diberikan oleh ekspresi berikut [51]:

di mana P is diterapkan beban seragam, Bis ketebalan spesimen, dan W is spesimenlebar. K1memperhitungkan beban dan spesimen geometri untuk Mode 1 dari retak pembukaan. Dimensi K1 adalah ksi di1/2 atau kg mm-3/2. Sebuah intensitas tegangan faktor 20 kg mm-3/2 sesuai dengan celah 1 mm mendalam dalam sebuah topik yang solid untuk tegangan seragam 10,1 kg / mm2.

Jika tegangan faktor intensitas K1diplot versus diukur S.C.C. retak kecepatan, tiga daerah yang diamati (Gambar. 8.10). Pada tingkat rendah K1, Di kawasan Aku, laju pertumbuhan retak sangat sensitif terhadap K1(Tidak seperti wilayah II). Nilai ambang batas, K 1S.C.C. Ditunjuk di mana diukur S.C.C. laju pertumbuhan retak sangat rendah, atau dasarnya nol, singkatnya - tes waktu. Dari sudut pandang praktis, tingkat tidak bisa diasumsikan nol kecuali kondisi sedemikian rupa sehingga SCC tidak operasi. Untuk referensi, tingkat pertumbuhan retak 10-10 m / s sesuai dengan 0,1 nm / s, tingkat yang sangat rendah membutuhkan tahun untuk mengukur. Di wilayah II, kecepatan retak independen dari K1tetapi sangat tergantung pada pH larutan, viskositas, dan suhu.

Gambar 8.9. Mode 1 jenis pembukaan retak.(164)

166 MEKANISME TEGANGAN KOROSI RETAK BAJA DAN LOGAM LAINNYA

Gambar 8.10 . Pengaruh intensitas tegangan pada ujung retak pada tegangan – laju pertumbuhan retak korosi .

Gambar 8.11 menunjukkan wilayah I dan II retak kecepatan untuk 7075 Al alloy (1,2-2,0% Cu, 2,1-2,9% Mg, 0,3% Cr, 5,5% Zn) dalam larutan NaCl dan juga merkuri cair (Cair - embrittlement logam) pada suhu kamar [52]. Kecepatan retak di merkuri, meskipun lipat lebih tinggi dibandingkan dalam larutan air, menunjukkan ketergantungan yang sama pada intensitas tegangan. Juga, faktor metalurgi mempengaruhi retak tingkat pertumbuhan dalam satu lingkungan yang sama efektif dalam lainnya. Ini adalah alasan-bisa beberapa aspek mekanisme retak tumpang tindih dalam dua berbeda lingkungan.

Untuk tinggi - kekuatan paduan aluminium, secara umum, tidak ada pertumbuhan retak di udara kering apapun nilai K1. Dengan meningkatnya kelembaban relatif, wilayah I adalah bergeser untuk menurunkan stres intensitas yang lebih tinggi kelembaban, dan wilayah II digeser untuk kecepatan yang lebih tinggi [53]. Jika kita menganggap bahwa tegangan diterapkan pada urutan kekuatan yield (YS) dari logam, maka kedalaman retak kritis,acr, Ada di atas yang faktor intensitas tegangan melebihi K1S.C.C.. Dalam kondisi ini, retak tumbuh pada tingkat meningkat sampai terjadi kegagalan. Berdasarkan ekspresi sebelumnya untuk K1, Hubungan perkiraan berikut ini berlaku:

(165)


Gambar 8.11 . Ketergantungan kecepatan retak 7075 Al paduan pada faktor intensitas tegangan K1[ 52 ] .

Semakin rendah nilai K1S.C.C. dan semakin tinggi nilai Y.S. , semakin kecil kedalaman diijinkan flaws permukaan menyebabkan kegagalan .

8.4 KERUSAKAN HIDROGENKerusakan hidrogen adalah istilah umum yang mencakup :

• Hidrogen embrittlement ( kehilangan daktilitas )• retak Hidrogen , juga disebut tegangan hidrogen retak• Hidrogen terik• Hidrogen - diinduksi retak ( HIC ) [ juga dikenal sebagai retak bertahap( S.W.C. ) karena penampilannya ]• Tegangan - berorientasi hidrogen - diinduksi retak ( SOHIC )• Sulfida retak tegang ( S.S.C. )

Beberapa logam , ketika tegangan , retak pada paparan berbagai berair korosif solusi dengan tidak ada bukti bahwa solusi merusak perlu spesifik . untuk Misalnya , tinggi tegangan - baja karbon kekuatan atau stainless steel martensit (166)

168 KERUSAKAN HIDROGEN

direndam dalam asam sulfat atau klorida encer dapat pecah dalam beberapa menit. Kegagalan memiliki penampilan luar SCC; tetapi jika paduan yang cathodi-Cally terpolarisasi, retak masih terjadi atau terjadi dalam waktu yang lebih singkat. Hal ini bertentangan dengan perilaku baja tahan karat austenitik dalam mendidih magnesium klorida; baja tersebut katodik dilindungi di bawah kondisi ini. Kegagalan juga telah terjadi dalam beberapa jam ketika martensit 12% Cr - baja diri - tapping sekrup (Katoda) yang diterapkan dalam kontak dengan atap aluminium (anoda) dalam lembab atmosfer. Cracking mata air baja, kadang-kadang diamati selama acar diasam sulfat atau setelah elektroplating, adalah contoh lain. Jika racun katalis yang mendukung masuknya hidrogen ke dalam kisi logam, seperti belerang atau arsenik com-pon, ditambahkan ke asam, retak adalah intensifi ed. Ketika H 2S adalah racun, kegagalan dijelaskan assulfide retak tegang (SSC). Dalam prakteknya, banyak menekankan tinggi - baja kekuatan (misalnya, baja karbon atau 9% Ni baja) telah gagal dari ini Sumber dalam beberapa hari atau minggu setelah terpapar minyak - air asin baik atau gas alam mengandung H 2S [54].

Dalam semua kasus ini, retak disebabkan oleh atom hidrogen memasuki logam interstisial baik melalui reaksi korosi atau dengan polarisasi katodik. Baja yang mengandung hidrogen interstitial tidak selalu rusak. Mereka hampir selalu kalah daktilitas (hidrogen embrittlement), tetapi retak biasanya terjadi hanya di bawah kondisi suffisien diterapkan tinggi atau tegangan tarik sisa. Gagal-ures semacam ini calledhydrogen stres crackingor hidrogen retak. Itu retak cenderung kebanyakan transgranular. Dalam martensit, mereka dapat mengikuti batas butir austenit [55].

Baja kurang rentan terhadap hidrogen retak di atas suhu kamar,dengan besi menjadi katalis yang lebih baik untuk iklan reaksi Hads+ H++ e1- → H 2. Oleh karena itu,lebih hidrogen lolos sebagai molekul H 2 dan kurang terserap H tersedia untuk masuk logam, bertentangan dengan efek racun katalis, yang menghambat di atasReaksi.

Baja karbon sangat rentan terhadap hidrogen retak ketika panas -treated untuk membentuk martensit, tetapi kurang begitu jika struktur perlitik. Karbon baja panas - diperlakukan untuk membentuk struktur karbida spheroidized kurang rentan daripadaperlit, bainit, martensit atau [56]. Baja austenitik - misalnya, 18-8 dan 14% Mn baja (face - berpusat kubik), di mana hidrogen lebih larut daripada diferit dan laju difusi lebih rendah - kebal bawah kondisi yang paling dari paparan [57].

8.4.1 Mekanisme Kerusakan HidrogenMekanisme hidrogen retak telah dijelaskan oleh pengembangan tekanan dalam [ 54 ] pada asumsi bahwa hidrogen atom interstitial adalah dirilis sebagai molekul hidrogen pada rongga atau situs disukai lainnya dalam ekstrim tekanan . Efek seperti itu tentu terjadi , seperti yang ditunjukkan oleh pembentukan terlihat lepuh mengandung hidrogen ketika logam ulet yang katodik terpolarisasi atau terkena media korosif tertentu . Dalam kondisi yang sama , kurang logam ulet akan retak sebaliknya .(167)

169

Gambar 8.12 . Tertunda kali fraktur dan stres minimum untuk retak baja 0,4 % C sebagaifungsi kandungan hidrogen . Spesimen awalnya dikenakan katodik , dipanggang pada 150 ° C selama berbagai kali untuk mengurangi hidrogen konten [ 59 ] . [ Gambar 5 dari H. Johnson , J. Morlet , dan A. Troiano , Hidrogen , retak awal , dan menunda kegagalan dalam baja , Trans . AIME 212 , 531 ( 1958) . ]

Karakteristik yang menarik hidrogen retak adalah spesifik c waktu tunda untuk munculnya retak setelah stres diterapkan. Penundaan waktu hanya sedikit tergantung pada pe-lekuk pada stres; itu menurun dengan meningkatnya konsentrasi hidrogen dalam baja dan dengan meningkatnya kekerasan atau kekuatan tarik [58]. Untuk konsentrasi kecil hidrogen, fraktur dapat terjadi beberapa hari setelah stres diterapkan.

Sebuah tegangan minimum kritis ada, di bawah ini yang tertunda retak tidak mengambil tempat di setiap saat. Tegangan kritis berkurang dengan peningkatan hidrogen concen-trasi. Efek ini ditunjukkan pada Gambar. 8.12 untuk SAE 4340 baja (0,4% C) dikenakan dengan hidrogen dengan polarisasi katodik dalam asam sulfat, maka kadmium - berlapis untuk membantu mempertahankan hidrogen, dan akhirnya mengalami stres statis [59]. Hidrogen Konsentrasi berkurang secara sistematis oleh baking.

Keterlambatan fraktur ternyata hasil karena waktu yang dibutuhkan untuk hidro-gen untuk meredakan ke daerah c spesifik dekat inti retak sampai konsentrasimencapai tingkat yang merusak. Daerah-daerah c spesifik yang mungkin array situs imperfec-tion yang dihasilkan oleh deformasi plastik logam tepat di depan retak.Atom hidrogen sebaiknya menempati situs tersebut karena mereka kemudian dalam keadaan-energi yang lebih rendah dibandingkan dengan posisi normal mereka interstitial. Para merambat retak terputus-putus karena deformasi plastik terjadi pertama, dan kemudian hidrogen-berdifusi(168)


Gambar 8.13 Pengaruh potensial diterapkan pada waktu kegagalan 4140 rendah - baja paduan , R,46 , di mendidih 3 % NaCl [ 60 ] . ( Reproduksi dengan izin . Copyright 1975, The Elektrokimia Masyarakat . )

sekering untuk ketidaksempurnaan array yang dihasilkan oleh deformasi, dimana retak menjalar satu langkah lebih jauh. Kedudukan singkat di permukaan baja perubahan bentuk plastik pada dasarnya, dan karena itu menurunkan tegangan minimum kritis dan memendek waktu tunda. Di bawah -110 ° C atau pada kecepatan deformasi yang tinggi, hidrogen embrittlement dan retak diminimalkan karena difusi hidrogen terlalu lambat.

Kadang-kadang diasumsikan bahwa S.C.C. tinggi - baja kekuatan kekerasan> R c40 (Tabel 8.1) dalam air atau udara lembab disebabkan oleh hidrogen yang dihasilkan dari reaksi H 2O dengan besi. Namun, efek dari potensi diterapkan pada kegagalan kali menunjukkan itu, dalam mendidih 3% NaCl, retak hanya terjadi di atas (mulia) potensi kritis dari -0,40 ± 0,02 V dan di bawah potensi sekitar -1,1 V (Gambar. 8.13) dengan resistensi retak antara potensi ini. Kegagalan di wilayah potensial atas adalah lebih diartikan sebagai SCC, sedangkan kegagalan pada atau di bawah -1.1 V sesuai dengan hidrogen retak [60]. Untuk mendukung, baja gagal oleh S.C.C. di H 2O atas ruang tem-perature di kali lebih pendek dari pada suhu kamar; Kegagalan kali oleh hidrogen retak (polarisasi katodik), sebaliknya, lebih panjang semakin tinggi tem-perature. Juga, pengerjaan dingin tinggi - baja kekuatan meningkatkan ketahanan terhadap SCC karena potensi kritis digeser mulia potensi korosi, sedangkan resistensi terhadap hidrogen retak menurun. Dengan demikian, dalam prakteknya, penting yang tinggi - kabel jembatan baja kekuatan dingin - ditarik untuk menghindari kegagalan S.C.C. di udara lembab. Dengan tidak adanya pekerjaan dingin, mereka melanggar prematur meskipun lebih - dari - kekuatan uji yang memadai, seperti yang terjadi dalam kegagalan jembatan(169)


di Amerika Serikat dan negara-negara lain juga . Selain itu , permukaandekarburisasi (permukaan maka lebih lembut ) tinggi - baja kekuatan tidak gagal dalam mendidih air atau 3 % larutan NaCl , tetapi mudah hidrogen - retak ketika katodik terpolarisasi . Jumlah kecil hidrogen yang dihasilkan oleh H 2O - reaksi Fe memiliki tidak berpengaruh pada inti baja keras . Efek cant signifikan dari terserap H 2O lebih dari hidrogen interstitial sebagai penyebab retak tinggi - kekuatan baja mungkin juga berlaku untuk tinggi - kekuatan martensitik dan curah hujan - pengerasan stainless baja , Al paduan , Mg paduan , Ti paduan , and® and © brass , yang semuanya sensitif kegagalan di hadapan kelembaban .

8.4.2 Pengaruh Cacat LogamInti hidrogen retak baja terbentuk di antarmuka fase endapan (misalnya, Fe 3

C atau intermetalik senyawa, seperti yang terjadi di maraging baja) dengan pemisahan dari matriks melunak. Inti mungkinFe3 C rendah - karbon 10% Ni - Fe paduan dapat berorientasi dengan rolling dingin, sehingga sangat meningkatkan ketahanan terhadap hidrogen retak spesimen menekankan paralel dengan arah bergulir, tapi bukan dari spesimen menekankan pada sudut kanan [61]. Itu peran aws kisi fl internal hidrogen retak menjelaskan sebagian perlawanan dari menekankan besi murni terhadap retak meskipun hidrogen menjadi - embrittled. pada Tanggal Sebaliknya, karbon murni – paduan besi retak mudah... Dalam baja, inklusi non-logam - misalnya, MnS - memberikan kelemahan internal yang di mana lecet hidrogen sering nukleasi. Lepuh berkontribusi terhadap pipa gagal ures oleh HIC [53], yang terjadi dalam tiga langkah:1. Pembentukan atom hidrogen pada permukaan baja dan adsorpsi pada permukaan.2. Difusi atom hidrogen ke dalam substrat baja.3. Akumulasi atom hidrogen pada perangkap hidrogen, seperti void sekitar inklusi dalam matriks baja, yang menyebabkan peningkatan tekanan internal retak inisiasi dan propagasi, dan hubungan retak terpisah. Retak internal nukleasi mana intensitas tegangan tertinggi, seperti di elon-gated inklusi paralel berorientasi ke arah bergulir; eliptik dan spheri-Cally inklusi berbentuk kurang merusak. Akhirnya, kegagalan nal fi, retak muncul di sudut kanan, menghubungkan celah-celah yang sebelumnya dikembangkan di inklusi elon-gated. H.I.C. hanya membutuhkan baja dengan mikro rentan (Biasanya memanjang Sulfi de inklusi) dan suffi memadai hidrogen menyebabkan retak. H.I.C. dapat terjadi pada tidak adanya tegangan atau sisa dalam baja lain dari tekanan hidrogen dalam perangkap.

Di bawah pengaruh infl dari stres diterapkan, kegagalan dapat terjadi oleh SOHIC, mirip dengan H.I.C. kecuali bahwa morfologi retak berbeda. Sedangkan di H.I.C. retak blister terbentuk pada situs didistribusikan secara luas dan kemudian link dalam pola bertahap, di SOHIC celah-celah blister cenderung membentuk dalam array yang per-(170)


Gambar 8.14 . ( A) Hidrogen - diinduksi retak ( H.I.C. ) . ( B ) Stres - berorientasi hidrogen – diinduksi retak ( S.O.H.I.C. ) . ( Courtesy of Malcolm Hay . )

pendicular stres diterapkan, dan ini retak blister individu pranala terkemuka kegagalan. Gambar 8.14 menyajikan ilustrasi H.I.C. dan S.O.H.I.C.

Faktor-faktor yang mengurangi penyerapan hidrogen dalam proses korosi yang menguntungkan; misalnya, paduan dengan persentase kecil dari Pt atau Pd, yang formasi cata-lyze hidrogen molekul pada permukaan baja [62], atau dengan tembaga, yang membentuk sulfida film yang tidak larut yang menyediakan perlindungan pada pH di atas sekitar 4,5. Demikian pula, setiap pengolahan baja yang meminimalkan permukaan internal tajam pada antarmuka inklusi, misalnya dengan menghindari suhu bergulir rendah, mengurangi kecenderungan retak. Peningkatan ketahanan terhadap H.I.C. juga bisa diperoleh dengan mengurangi kandungan sulfur dalam baja dan dengan mengendalikan bentuk dari Sulfides - misalnya, dengan menambahkan kalsium untuk komposisi baja.

Kelemahan permukaan dapat infl pengaruh hidrogen retak (atau Sulfi de cracking) dari moderat - atau tinggi - kekuatan baja terkena minyak - baik air asin yang mengandung H2S.Kerentanan ditandai dengan retak di lingkungan ini membuat perlu untuk tentukan baja di bawah tingkat kekuatan di mana terjadi kegagalan. Kekuatan baja sebanding dengan kekerasannya. Kekerasan maksimum empiris ditentukan adalah ed spesifik seperti Rockwell C 22 (Rc22), sesuai dengan kekuatan luluh sekitar 90 ksi [63]. Ia telah mengemukakan [64], berdasarkan nilai-nilai ambang intensitas tegangan(171)


faktor baja terkena air H2 S solusi , bahwa Rc22 dapat disamakan dengan sebuah kedalaman cacat sekitar 0,5 mm ( 0,02 di ) - kritis permukaan . Pada kedalaman lebih besar , kekurangan yang mungkin untuk mengembangkan cepat ke celah-celah besar . Kecil - kelemahan ukuran pesanan ini , yang dihitung untuk menjadi masih kurang ditoleransi untuk baja keras , tidak mudah dihindari dalam prakteknya , sesuai dengan

pengalaman umum industri minyak itu, di H2s Lingkungan , baja kekerasan > Rc22 harus dihindari . Secara umum , permukaan kelemahan menjadi lebih penting untuk retak semakin tinggi kekuatan jarak logam baja di sisi lain , mempengaruhi rendah - baja kekuatan - dan tinggi .

8.5 RADIASI KERUSAKANKerusakan radiasi adalah perubahan sifat material disebabkan oleh paparan radiasi

pengion, seperti sinar - X, sinar gamma, neutron, berat - partikel Radia-tion, atau fragmen fi ssion dalam bahan bakar nuklir [65]. Logam terkena intens radiasi dalam bentuk neutron atau partikel energik lainnya menjalani kisi Perubahan menyerupai dalam banyak hal yang dihasilkan oleh pekerjaan dingin yang parah. Itu struktur berpori yang dihasilkan oleh dealloying telah digambarkan sebagai mirip dengan ditemukan dalam bahan iradiasi [66]. Lowongan kisi, atom interstitial, dan dislo-kation yang dihasilkan, dan ini meningkatkan laju difusi kotoran tertentu atau paduan komponen. Dalam tembaga dan nikel pada suhu kamar, radiasi Kerusakan menyebabkan peningkatan kekerasan, disebabkan oleh kelompok interstisi dan vacan-species [66]. Selama radiasi, kenaikan suhu lokal, yang disebut "suhu lonjakan,"mungkin terjadi. Ada dua jenis paku: paku termal, dimana sedikit atau tidak ada atommeninggalkan situs kisi mereka, paku anddisplacement, di mana banyak atom pindah keposisi interstitial.

Kecuali untuk bahan kimia yang diproduksi di lingkungan dengan radiasi, seperti HNO3dan H 2O 2,Yang memiliki efek sekunder pada korosi, dan pembentukan paku perpindahan lokal selama radiasi, efek radiasi mungkin diharapkan paralel yang bekerja dingin. Artinya, logam yang laju korosi dikendalikan oleh difusi oksigen harus menderita tidak ada perubahan yang nyata pada tingkat setelahiradiasi. Dalam asam, di sisi lain, iradiasi baja (tapi tidak murni besi) akan mungkin memiliki peningkatan yang lebih besar dalam tingkat daripada yang disinari nikel, yang kurang sensitif terhadap pengerjaan dingin.

Baja tahan karat austenitik sering menjadi lebih sensitif terhadap SCC setelah dingin sedang bekerja; atas dasar ini, mereka mungkin diharapkan untuk menjadi lebih sensitif setelah iradiasi. Memang, iradiasi - dibantu stres - korosi retak (IASCC) adalah penyebab kegagalan komponen inti di kedua reaktor air mendidih (BWR) dan reaktor bertekanan air (PWR), dan telah diamati, sebagai intergranular SCC, baja tahan karat austenitik dan nikel - paduan dasar [67]. Kompleksitas dari S.C.C. yang, di IASCC, diperparah oleh efek radiasi pada microstruc-mendatang, microchemistry, dan perilaku deformasi material serta pada kimia dan elektrokimia dari solusi. I.A.S.C.C. austenitic stainless baja terkait dengan penipisan kromium sepanjang batas butir. Selain butir - deplesi kromium batas yang dapat hasil dari sensitisasi selama(172)

174 KELELAHAN KOROSI

las (lihat Gambar. 19,2 dan Gambar. 19,3, Bagian 19.2.3.1), deplesi kromium dalambatas butir juga dapat terjadi karena iradiasi neutron, mengurangi lebih lanjut resistensi terhadap S.C.C. [68, 69]. Salah satu bahan solusi untuk mengurangi I.G.S.C.C. direaktor nuklir adalah dengan menggunakan nuklir - baja stainless kelas, seperti jenis 316NG dan ketik 304NG, yang memiliki kandungan karbon maksimum 0.020% dan nitrogen isi 0,060-0,100% untuk mempertahankan kekuatan pada kandungan karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan non - nilai nuklir (lihat Tabel 19.2, Bagian 19.2.2) [69]. Niobium stabilized, tipe 347 stainless steel, dengan karbon rendah yang disebut 347NG, juga telah berhasil digunakan [70]. Tentu saja, desain korosi yang baik juga penting untuk Misalnya, desain tanpa celah, yang dapat memberikan situs untuk korosi lokal (Lihat Bagian 2.3 dan 19.2.).

Pengaruh iradiasi pada korosi beberapa paduan uranium mempertimbangkan-bisa. Sebagai contoh, 3% Cb - U paduan memiliki ketahanan sedang sampai air pada 260 ° C hancur dalam waktu 1 jam setelah iradiasi. Selain itu, korosi dari paduan zirkonium (Zircaloy - 2, lihat Bagian 26,2) pada 250 ° C dalam encer uranil sulfat larutan yang mengandung sejumlah kecil H 2SO 4and CuSO 4was sangat meningkat dengan iradiasi reaktor [71]. Dalam review subjek, Cox [72] menyatakan bahwa kedua iradiasi neutron cepat dan adanya oksigen terlarut atau mengoksidasi elec-trolyte harus hadir secara bersamaan untuk akselerasi diamati Corro-sion terjadi pada tinggi - suhu air. Korosi dipercepat Zircaloy disebabkan oleh iradiasi tidak diamati di atas 400 ° C (750 ° F). Efek memiliki telah dijelaskan dalam hal perubahan sifat fisik dari pelindung Film oksida.

8.6 KELELAHAN KOROSI

Sebuah logam yang semakin retak pada sedang tegangan bergantian (reverse bending) atau berulang kali dikatakan gagal dengan kelelahan. Semakin besar tegangan yang diterapkan pada setiap siklus,yang lebih pendek adalah waktu untuk kegagalan. Sebuah plot tegangan dibandingkan jumlah siklus kegagalan,disebut thes - Ncurve, ditunjukkan pada Gambar. 8.15. Sejumlah siklus di stres bersesuaian-ing di sebelah kanan garis padat atas menghasilkan kegagalan, tapi tidak ada kegagalan terjadi untuk jumlah nite infi siklus pada atau di bawah batas kelelahan limitor daya tahan.Untuk baja, tetapi belum tentu untuk logam lainnya, batas ketahanan benar ada yang kira-kira setengah kekuatan tarik. Kelelahan strengthof logam apapun, pada sisi lain, adalah stres di bawah ini yang gagal tidak terjadi dalam menyatakan jumlah siklus. Frekuensi aplikasi tegangan kadang-kadang juga menyatakan karena Faktor ini mungkin infl pengaruh jumlah siklus kegagalan.

Secara umum, lingkungan korosif dapat mengurangi sifat kelelahan setiap paduan rekayasa, yang berarti bahwa kelelahan korosi tidak tergantung pada pasangan-rial dan lingkungan [73]. Dalam lingkungan korosif, kegagalan pada tegangan yang diberikan Tingkat biasanya terjadi dalam siklus yang lebih sedikit, dan batas kelelahan benar tidak diamati (Gbr. 8.15). Dengan kata lain, kegagalan terjadi pada tegangan diterapkan jika jumlah siklus adalah suffi sien besar. Retak logam yang dihasilkan dari aksi gabunganlingkungan korosif dan diulang atau tegangan alternatif disebut korosi(173)


Gambar 8.15 . S - kurva N untuk baja mengalami stres siklik .

Gambar 8.16 . Korosi - retak kelelahan melalui lembaran baja ringan , yang dihasilkan dari kepakanlembar dalam kondensat gas ue fl ( 250 × ) .

kelelahan . Kerusakan hampir selalu lebih besar daripada jumlah kerusakan dengan korosi dan kelelahan bertindak secara terpisah .

Korosi - retak kelelahan biasanya transgranular . Mereka sering bercabang ( Gbr. 8.16 ) , dan beberapa retak biasanya diamati pada permukaan logam di sekitar celah terbesar yang meliputi kegagalan . Retak kelelahan yang sama transgranular ( pengecualian : lead dan timah ) , tapi jarang ada bukti lebih dari(174)


satu celah besar. Dalam kelelahan korosi, lubang korosi dapat terbentuk pada logampermukaan di dasar yang retak memulai, tapi pitting bukan precur-sor diperlukan untuk kegagalan.

Lingkungan berair menyebabkan kelelahan korosi banyak dan tidak spesifik, bertentangan dengan situasi SCC, yang hanya ion tertentu – logam kombinasi mengakibatkan kerusakan. Kelelahan korosi baja terjadi di perairan segar, air laut, pembakaran - kondensat produk, lingkungan kimia umum, dan seterusnya, dengan aturan umum bahwa semakin tinggi laju korosi seragam, lebih pendek umur kelelahan yang dihasilkan.

Kelelahan Korosi merupakan penyebab umum retak tak terduga bergetar struktur logam yang dirancang untuk beroperasi dengan aman di udara pada tekanan di bawah kelelahan batas. Sebagai contoh, poros baling-baling kapal dari sedikit keluar dari garis akan beroperasi memuaskan sampai kebocoran berkembang, air yang memungkinkan untuk menimpa pada poros di Daerah stres bolak maksimal. Celah itu bisa terjadi dalam hitungan hari, sehingga perpisahan akhirnya dan kegagalan poros. Minyak baja - baik pengisap batang, digunakan untuk memompa minyak dari bawah tanah, telah hidup terbatas karena korosi kelelahan akibat paparan minyak - air asin baik. Meskipun penggunaan tinggi – kekuatan menengah - baja paduan dan batang besar, kegagalan dari sumber ini adalah kerugian bagi industri minyak di urutan jutaan dolar per tahun. Kabel kawat biasa gagal oleh kelelahan korosi. Pipa yang membawa uap atau cairan panas variabel tempera mendatang mungkin gagal sama karena ekspansi dan kontraksi periodik (thermal bersepeda)

Uji kelelahan yang biasa dilakukan di udara pada logam struktural dipengaruhi oleh oksigen dan kelembaban dan, sebagian, oleh karena itu, selalu merupakan suatu ukuran kelelahan korosi. Dalam tes awal, kekuatan kelelahan untuk tembaga dalam parsial vakum ditemukan meningkat 14% dibandingkan di udara. Untuk baja ringan yang Kenaikan hanya 5%, tetapi untuk 70-30 kuningan itu 26% [74]. Dalam tes kemudian [75], umur kelelahan oksigen - bebas, tinggi - konduktivitas (OFHC) tembaga di 10-5 mmHg udara Tekanan ditemukan 20 kali lebih besar dari pada 1 - tekanan udara atm. Utama Efek ini disebabkan oksigen; ini tak banyak berpengaruh pada inisiasi retak, tapi memiliki pengaruh yang besar pada laju penjalaran retak. Umur kelelahan murni alumi-num juga dipengaruhi oleh udara; tetapi bertentangan dengan situasi untuk tembaga, uap air dalam ketiadaan udara sama efektif. Emas, yang tidak oksigen chemisorbs atau mengoksidasi, memiliki kehidupan yang sama apakah lelah di udara atau dalam ruang hampa.

Dalam beberapa lingkungan, kelelahan retak yang dilengkapi dengan SCC, dengan yang terakhir terjadi di bawah kondisi stres yang konstan. Hal ini terlihat dalam perilaku dari tinggi - baja paduan lelah baik adanya dan kehadiran - rendah strengh kelembaban. Baja lebih besar dari sekitar 1140 MPa (165 ksi) kekuatan luluh (Rc37) tunduk S.C.C. dalam air pada suhu kamar dan memiliki umur kelelahan lebih pendek di udara lembab dibandingkan dengan udara kering; sedangkan baja kekuatan lebih rendah, yang tidak menjalani S.C.C. dalam air, memiliki umur kelelahan yang sama (Gambar. 8.17) [76]. Perairan tawar dan air payau terutama memiliki efek lebih besar pada kelelahan korosi baja dari pada itu dari tembaga, dengan yang terakhir menjadi lebih korosi - logam tahan. Baja tahan karat dan nikel atau nikel - dasar paduan juga lebih baik dari baja karbon. Secara umum, ketahanan logam kelelahan korosi(175)


Gambar 8.17 . Kekuatan tarik , kekuatan luluh , batas kelelahan pada udara kering , dan kekuatan lelah di 107 siklus 93 % kelembaban relatif udara, dari 4140 panas baja - disuguhi berbagai nilai kekerasan [ 76 ] . ( Dengan izin jenis Springer Sains dan Bisnis Media . )

Beberapa nilai-nilai kekuatan lelah korosi ditentukan oleh McAdam [ 77 ] di air segar dan payau yang tercantum dalam Tabel 8.5 . Nilai-nilai ini , selain berbagai dengan lingkungan , yang ditemukan bervariasi dengan tingkat menekankan , dengan suhu , dan dengan aerasi ; oleh karena itu, mereka hanya berguna untuk perbandingan kualitatif satu logam dengan yang lain . Berbeda dengan batas kelelahan di udara , mereka biasanya tidak reli - bisa untuk desain rekayasa . Kesimpulan dari data Tabel 8.5 dan data yang sama adalah sebagai berikut:

1. Tidak ada hubungan antara kekuatan lelah korosi dan tarik kekuatan .2. Medium - baja paduan hanya sedikit lebih tinggi korosi kekuatan lelah dari baja

karbon .(176)

178

TABEL 8.5 . Batas kelelahan dan Korosi Kelelahan Kekuatan Berbagai Logam [ 77 ]

aUntuk mengkonversi dari psi ke MPa , kalikan dengan 6890 .b2 ppm CaSO 4,200 ppm CaCO3, 17 ppm MgCl2, 140 ppm NaCl .cAir Severn River, dengan sekitar satu - keenam salinitas air laut .

3. perlakuan panas tidak meningkatkan korosi kekuatan lelah baikkarbon atau menengah - paduan baja ; tegangan sisa yang merugikan .

4. Korosi - baja tahan , terutama baja yang mengandung kromium , memilikikorosi kekuatan lelah yang lebih tinggi daripada baja lainnya .

5. Korosi kekuatan kelelahan semua baja lebih rendah dalam air garam dibandingkan segar air putih

.8.6.1 Tarif Kritis Minimum Korosi

Agar proses korosi mempengaruhi umur kelelahan , laju korosi harus melebihi nilai minimum . Harga tersebut mudah ditentukan oleh anodik polarisasi benda uji di deaerated 3 % NaCl , menerjemahkan seragam(177)


TABEL 8.6 . Kritis Minimum Korosi Harga , 25 ° C , 30 Siklus / s

kepadatan arus dengan Undang-Undang Faraday ke tingkat korosi di bawah ini yang kelelahan hidup tidak terpengaruh. Ini kepadatan arus diukur ditemukan menjadi indepen-dent dari total luas permukaan spesimen terkena arus anodik. Serba Serbi nilai pada 30 siklus / s (1.800 siklus / menit) tercantum dalam Tabel 8.6. Diharapkan nilai-nilai tersebut meningkat dengan frekuensi siklik tes. Untuk baja, kritis laju korosi independen dari (a) kadar karbon, (b) diterapkan stres di bawah ini batas kelelahan, dan (c) perlakuan panas (kekerasan). Nilai rata-rata 0.58 GMD (5,8 PDK) kurang dari tingkat korosi seragam baja di aerasi air dan 3% NaCl (1 - 10 GMD, 10-100 PDK). Tetapi pada pH 12, tingkat Corro-sion seragam turun di bawah tingkat kritis, dan umur kelelahan mendapatkan kembali nilainya di udara [78]. Adanya tingkat kritis dalam 3% NaCl menjelaskan mengapa katodik proteksi-tion baja terhadap korosi kelelahan membutuhkan polarisasi hanya -0,49 V (SHE), sedangkan nilai yang diperlukan untuk mencapai laju korosi nol terletak 40 Mv lebih aktif pada -0,53 V.

Untuk tembaga, tingkat kritis 28,5 GMD (285 PDK) jauh lebih tinggi daripada laju korosi seragam dalam air soda dan 3% NaCl (0,4-1,5 GMD, 4-15 PDK); karenanya, umur kelelahan tembaga diamati menjadi sekitar sama di udara seperti di air segar dan garam (Tabel 8.5).

8.6.2 Tindakan Remedial

Ada beberapa cara yang tersedia untuk mengurangi kelelahan korosi. Dalam kasus baja ringan, deaeration menyeluruh larutan garam mengembalikan kelelahan yang normal Batas di udara (Gbr. 8.18) [81]. Proteksi katodik untuk -0,49 V (SHE) menyelesaikan hasil yang sama. Inhibitor juga efektif [82, 83]. Sacrifi pelapis resmi (misalnya, seng atau kadmium Elektrodeposisi pada baja) yang efektif karena mereka katodik melindungi logam dasar di cacat dalam lapisan. Salah satu pengamatan pertama dan diagnosa kelelahan korosi, yang dibuat oleh B. Haigh di sekitar 1916, terlibat kegagalan prematur kabel penarik baja terkena air laut, dan menggembleng(178)


Figure 8.18. Effect of dissolved oxygen concentration in 3% NaCl, 25 ° C, on fatigue behavior of 0.18% C steel [81] . (Reprinted with permission of ASM International ® . All rights reserved. www.asminternational.org

disediakan sangat meningkatkan kehidupan dalam aplikasi ini [84]. Electrodeposits timah, timbal,tembaga, perak atau pada baja juga dikatakan efektif tanpa mengurangi biasa Sifat kelelahan; mungkin, mereka berutang efektivitas mereka untuk pengecualian dari lingkungan [85]. Pelapis organik berguna jika mereka berisi menghambat pigmendi prime coat. Ditembak peening permukaan logam, atau memperkenalkan tekanan com-pressive, menguntungkan.

8.6.3 Mekanisme Korosi Kelelahan

Mekanisme kelelahan pada hasil udara oleh tergelincir lokal dalam butir dari logam yang disebabkan oleh stres bolak, sehingga langkah-langkah slip pada permukaan logam. Adsorpsi udara pada permukaan logam yang bersih terpapar pada langkah tergelincir mungkin rewelding pada siklus stres reverse-ventilasi pra. Terus tergelincir menghasilkan pengungsi kelompok band slip, yang menonjol di atas permukaan logam (ekstrusi); cor-menanggapi baru jadi bentuk retak (intrusi) di tempat lain (Gbr. 8.19). Di bawah Batas kelelahan, pekerjaan pengerasan menyertai setiap siklus deformasi plastik akhirnya menghambat tergelincir lebih lanjut, yang pada gilirannya menghambat proses kelelahan.

Efek dasar dari proses korosi adalah untuk mempercepat deformasi plastikdisertai dengan pembentukan ekstrusi dan intrusi. Untuk alasan ini, kerusakan oleh kelelahan korosi - tindakan conjoint korosi dan kelelahan - lebih besar dari kerusakan yang disebabkan oleh jumlah kedua bertindak secara terpisah. Selain itu, korosi resistansi logam biasanya lebih penting daripada kekuatan tarik tinggi di(179)


Gambar 8.19 . Ekstrusi dan intrusi tembaga setelah 6 × 105 siklus di udara . spesimen berlapisdengan perak setelah uji dan dipasang pada sudut untuk memperbesar tonjolan permukaan sekitar 20 × . Secara keseluruhan magnifi kation sekitar 500 × . [ Gambar 3 dari W. Wood dan H. Bendler , kelelahan The proses tembaga sebagai dipelajari oleh metalografi elektron , Trans . Metall . Soc . AIME 224 , 182 (1962 )]

membangun ketahanan yang optimal terhadap kelelahan korosi . Karena logam murni tidak kebal terhadap korosi seragam , mereka juga tidak kebal terhadap kelelahan korosi

Mekanisme proses tergelincir pembubaran [86] terjadi dalam langkah-langkah berikut :• Difusi spesies aktif ke ujung retak• Pecahnya pelindung film pada langkah tergelincir• Pembubaran permukaan terkena• nukleasi dan pertumbuhan film pelindung pada permukaan yang telanjang

8.7 RESAH KOROSI

Resah korosi merupakan fenomena lain yang terjadi karena mekanik menekankan , dan , di ekstrim, dapat menyebabkan kegagalan kelelahan atau kelelahan korosi .(180)

korosi

Documents