1. בדיקה וניתוח תיאורטיים
מתוך 3שסתומי צמיגיםדוגמאות שסופקו על ידי החברה, 2 הם שסתומים, ו-1 הוא שסתום שטרם נעשה בו שימוש. עבור A ו-B, השסתום שלא נעשה בו שימוש מסומן באפור. איור מקיף 1. המשטח החיצוני של שסתום A רדוד, המשטח החיצוני של שסתום B הוא המשטח, המשטח החיצוני של שסתום C הוא המשטח, והמשטח החיצוני של שסתום C הוא המשטח. שסתומים A ו-B מכוסים בתוצרי קורוזיה. שסתום A ו-B סדוקים בכיפופים, החלק החיצוני של הכיפוף נמצא לאורך השסתום, פתח טבעת השסתום B סדוק לקראת הקצה, והחץ הלבן בין המשטחים הסדוקים על פני השטח של שסתום A מסומן. מהאמור לעיל, הסדקים נמצאים בכל מקום, הסדקים הם הגדולים ביותר, והסדקים נמצאים בכל מקום.
קטע של ה-שסתום צמיגדגימות A, B ו-C נחתכו מהכיפוף, והמורפולוגיה של פני השטח נצפתה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ZEISS-SUPRA55, והרכב המיקרו-שטח נותח באמצעות EDS. איור 2 (א) מציג את המיקרו-מבנה של פני השטח של שסתום B. ניתן לראות שישנם חלקיקים לבנים ובהירים רבים על פני השטח (מסומנים על ידי החצים הלבנים באיור), וניתוח EDS של החלקיקים הלבנים מכיל תכולה גבוהה של S. תוצאות ניתוח ספקטרום האנרגיה של החלקיקים הלבנים מוצגות באיור 2 (ב).
איורים 2 (ג) ו-(ה) הם המיקרו-מבנים של פני השטח של שסתום B. ניתן לראות מאיור 2 (ג) שהפני השטח מכוסים כמעט לחלוטין בתוצרי קורוזיה, והיסודות הקורוזיים של תוצרי הקורוזיה על ידי ניתוח ספקטרום האנרגיה כוללים בעיקר S, Cl ו-O, תכולת ה-S במיקומים בודדים גבוהה יותר, ותוצאות ניתוח ספקטרום האנרגיה מוצגות באיור 2 (ד). ניתן לראות מאיור 2 (ה) שישנם סדקים זעירים לאורך טבעת השסתום על פני השטח של שסתום A. איורים 2 (ו) ו-(ז) הם המיקרו-מורפולוגיות של פני השטח של שסתום C, פני השטח מכוסים לחלוטין גם הם בתוצרי קורוזיה, והיסודות הקורוזיים כוללים גם S, Cl ו-O, בדומה לאיור 2 (ה). הסיבה לסדיקה עשויה להיות סדקי קורוזיה במאמץ (SCC) מניתוח תוצרי קורוזיה על פני השטח של השסתום. איור 2(h) מציג גם את המיקרו-מבנה של פני השטח של שסתום C. ניתן לראות כי פני השטח נקיים יחסית, וההרכב הכימי של פני השטח שנותחו על ידי EDS דומה לזה של סגסוגת הנחושת, דבר המצביע על כך שהשסתום אינו מחומם. על ידי השוואת המורפולוגיה המיקרוסקופית וההרכב הכימי של שלושת משטחי השסתום, ניתן לראות כי ישנם חומרים קורוזיביים כגון S, O ו- Cl בסביבה הסובבת.
הסדק של שסתום B נפתח באמצעות מבחן הכיפוף, ונמצא כי הסדק לא חדר את כל חתך הרוחב של השסתום, אלא נסדק בצד הכיפוף האחורי, וגם לא נסדק בצד הנגדי לכיפוף האחורי של השסתום. בדיקה ויזואלית של השבר מראה שצבע השבר כהה, דבר המצביע על כך שהשבר עבר קורוזיה, וחלקים מסוימים של השבר כהים בצבע, דבר המצביע על כך שהקורוזיה חמורה יותר בחלקים אלה. השבר של שסתום B נצפה תחת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, כפי שמוצג באיור 3. איור 3 (א) מציג את המראה המקרוסקופי של שבר שסתום B. ניתן לראות כי השבר החיצוני ליד השסתום כוסה בתוצרי קורוזיה, דבר המצביע שוב על נוכחות של חומר קורוזיבי בסביבה הסובבת. על פי ניתוח ספקטרום האנרגיה, המרכיבים הכימיים של תוצר הקורוזיה הם בעיקר S, Cl ו-O, ותכולת ה-S וה-O גבוהה יחסית, כפי שמוצג באיור 3 (ב). בהתבוננות על פני השבר, נמצא כי דפוס צמיחת הסדק הוא לאורך סוג הגביש. ניתן לראות מספר רב של סדקים משניים גם על ידי התבוננות בשבר בהגדלות גבוהות יותר, כפי שמוצג באיור 3(c). הסדקים המשניים מסומנים בחצים לבנים באיור. תוצרי קורוזיה ודפוסי צמיחת סדקים על פני השבר מראים שוב את המאפיינים של סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ.
אם השבר של שסתום A לא נפתח, יש להסיר קטע מהשסתום (כולל המיקום הסדוק), לטחון וללטש את החלק הצירי של השסתום, ולהשתמש בתמיסה של FeCl3 (5 גרם) + HCl (50 מ"ל) + C2H5OH (100 מ"ל) שנצרבה, והמבנה המטלוגרפי ומורפולוגיית צמיחת הסדק נצפו באמצעות מיקרוסקופ אופטי Zeiss Axio Observer A1m. איור 4 (א) מציג את המבנה המטלוגרפי של השסתום, שהוא מבנה דו-פאזי α+β, ו-β הוא יחסית דק וגרגירי ומפוזר על מטריצת פאזות α. דפוסי התפשטות הסדקים בסדקים ההיקפיים מוצגים באיור 4 (א), (ב). מכיוון שמשטחי הסדקים מלאים בתוצרי קורוזיה, הפער בין שני משטחי הסדקים רחב, וקשה להבחין בדפוסי התפשטות הסדקים. תופעת הביפורקציה. סדקים משניים רבים (מסומנים בחצים לבנים באיור) נצפו גם בסדק ראשוני זה, ראה איור 4 (ג), וסדקים משניים אלה התפשטו לאורך סיבי העץ. דגימת השסתום החרוטה נצפתה באמצעות SEM, ונמצא כי היו סדקים מיקרו רבים במיקומים אחרים במקביל לסדק הראשי. סדקים מיקרו אלה מקורם מפני השטח והתרחבו אל תוך השסתום. הסדקים היו בעלי התפצלות והשתרעו לאורך סיבי הגרעין, ראה איור 4 (ג), (ד). הסביבה ומצב המאמץ של סדקים מיקרו אלה כמעט זהים לאלה של הסדק הראשי, כך שניתן להסיק שצורת ההתפשטות של הסדק הראשי היא גם בין-גרגירית, דבר שאושר גם על ידי תצפית השבר של שסתום B. תופעת ההתפצלות של הסדק מראה שוב את המאפיינים של סדקי קורוזיה מאמצת של השסתום.
2. ניתוח ודיון
לסיכום, ניתן להסיק כי הנזק לשסתום נגרם עקב סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ הנגרמים על ידי SO2. סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ צריכים בדרך כלל לעמוד בשלושה תנאים: (1) חומרים הרגישים לקורוזיית מאמץ; (2) תווך קורוזיבי הרגיש לסגסוגות נחושת; (3) תנאי מאמץ מסוימים.
מקובל לחשוב שמתכות טהורות אינן סובלות מקורוזיית מאמץ, וכל הסגסוגות רגישות לקורוזיית מאמץ בדרגות שונות. עבור חומרי פליז, מקובל לחשוב שלמבנה דו-פאזי יש רגישות גבוהה יותר לקורוזיית מאמץ מאשר למבנה חד-פאזי. דווח בספרות שכאשר תכולת האבץ בחומר הפליז עולה על 20%, יש לו רגישות גבוהה יותר לקורוזיית מאמץ, וככל שתכולת האבץ גבוהה יותר, כך רגישות קורוזיית המאמץ גבוהה יותר. המבנה המטלוגרפי של זרבובית הגז במקרה זה הוא סגסוגת דו-פאזית α+β, ותכולת האבץ היא כ-35%, הרבה מעבר ל-20%, כך שיש לה רגישות גבוהה לקורוזיית מאמץ והיא עומדת בתנאי החומר הנדרשים לסדיקה בקורוזיית מאמץ.
עבור חומרי פליז, אם חישול להפגת מתח לא מבוצע לאחר עיוות בעבודה קרה, קורוזיה במאמץ תתרחש בתנאי מאמץ מתאימים ובסביבות קורוזיביות. המאמץ הגורם לסדיקה כתוצאה מקורוזיית מאמץ הוא בדרך כלל מאמץ מתיחה מקומי, שיכול להיות מאמץ מופעל או מאמץ שיורי. לאחר ניפוח צמיג המשאית, ייווצר מאמץ מתיחה לאורך הכיוון הצירי של זרבובית האוויר עקב הלחץ הגבוה בצמיג, מה שיגרום לסדקים היקפיים בזרבובית האוויר. ניתן לחשב את מאמץ המתיחה הנגרם על ידי הלחץ הפנימי של הצמיג בפשטות לפי σ=p R/2t (כאשר p הוא הלחץ הפנימי של הצמיג, R הוא הקוטר הפנימי של השסתום, ו-t הוא עובי הדופן של השסתום). עם זאת, באופן כללי, מאמץ המתיחה הנוצר על ידי הלחץ הפנימי של הצמיג אינו גדול מדי, ויש לקחת בחשבון את השפעת המאמץ השיורי. מיקומי הסדיקה של זרבובית הגז נמצאים כולם בכיפוף האחורי, וברור שהעיוות השיורי בכיפוף האחורי גדול, ויש שם מאמץ מתיחה שיורי. למעשה, ברכיבים רבים של סגסוגת נחושת מעשית, סדקים כתוצאה מקורוזיית מאמץ נגרמים לעיתים רחוקות עקב מאמצי תכנון, ורובם נגרמים עקב מאמצים שיוריים שאינם נראים ומתעלמים מהם. במקרה זה, בכיפוף האחורי של השסתום, כיוון מאמץ המתיחה הנוצר על ידי הלחץ הפנימי של הצמיג עולה בקנה אחד עם כיוון מאמץ השיורי, והסופרפוזיציה של שני מאמצים אלה מספקת את תנאי המאמץ עבור ה-SCC.
3. סיכום והצעות
מַסְקָנָה:
הסדק של ה-שסתום צמיגנגרם בעיקר כתוצאה מסדיקה בקורוזיית מאמץ הנגרמת על ידי SO2.
הַצָעָה
(1) עקוב אחר מקור התווך הקורוזי בסביבה סביבשסתום צמיג, ונסו להימנע ממגע ישיר עם התווך הקורוזי שמסביב. לדוגמה, ניתן למרוח שכבה של ציפוי נגד קורוזיה על פני השטח של השסתום.
(2) ניתן לבטל את מאמץ המתיחה השיורי של עיבוד קר באמצעות תהליכים מתאימים, כגון חישול להפגת מתח לאחר כיפוף.
זמן פרסום: 23 בספטמבר 2022
