Кіріспе

Материалдың сынықтылығын жоғалту, оны сынықты етеді. Сынықтылық - материалдың сынықтылығының айтарлықтай төмендеуі, ол материалды сынықты етеді. Қаттылық - қоршаған ортаның температура немесе қоршаған ортаның құрамы сияқты, қысымға ұшыраған материалдың механикалық өнімділігін бұзатын кез келген құбылысты сипаттау үшін қолданылады. Бұл жиі қажет емес, өйткені сынық сынықтар тез пайда болады және дуктильді сынықтардан гөрі оңай таралуы мүмкін, бұл жабдықтың толық бұзылуына әкеледі. Әр түрлі материалдарда сынығудың әртүрлі механизмдері бар, сондықтан ол баяу жарылудан бастап тартылудың ұзындықты және беріктіктігін азайтуға дейін әртүрлі жолдармен көрініс таба алады.

Механизмдер

Қаттылық - толық түсінілмеген күрделі механизмдер тізбегі. Механизмдер температураға, қысымға, дән шекараларына немесе материалдың құрамына байланысты болуы мүмкін. Алайда, әлсіздеу процесін зерттеу арқылы алдын алу шараларын қолдану арқылы әсерін азайтуға болады. Механизмдерді зерттеудің бірнеше жолдары бар. Металлдың сынықуы кезінде жарық өсу жылдамдығын өлшеуге болады. Компьютерлік симуляцияларды сынық болудың механизмдерін түсіндіру үшін де қолдануға болады. Бұл сутегінің сынық болуын (HE) түсіну үшін пайдалы, өйткені сутегінің материал арқылы диффузиясын модельдеуге болады. Сырқағышты бөлік соңғы сынуда рөл атқармайды; ол көбінесе жарық таралуына жауапты. Сырқалар алдымен ядролық болуы керек. Көптеген сынық механизмдер трансгранулярлық немесе интергранулярлық сынықтарды тудырады. Металлдың сынуына металдардың, кернеулердің және температуралардың белгілі бір комбинациялары ғана бейімделеді. Бұл кернеулік коррозияның жарылуына қарама-қарсы, онда кез-келген металл дұрыс ортаны ескере отырып, бейімделуі мүмкін. Дегенмен бұл механизм сұйық металлдың сынық болуына қарағанда әлдеқайда баяу, бұл жарыққа қарай және одан алысқа қарай атомдар ағынын бағыттағанын көрсетеді. Нейтронның сынық болуының негізгі механизмі - бөлінудің қосалқы өнімдерінен материалдың ішіндегі соқтығысулар.

Сутегінің сынығып кетуі

Ең көп талқыланған және зиянды, сынықтардың бірі - металдардағы сутегі сынық. Сутек атомдарының металдарға, соның ішінде қоршаған ортадан немесе өңдеу кезінде (мысалы, электрлік қаптау). Сутегінің сынық болуына себеп болатын нақты механизм әлі анықталмаған, бірақ көптеген теориялар ұсынылып, әлі де тексерілуде. Сутек атомдары металдардың түйіршік шекараларына таралуы мүмкін, бұл дислокация қозғалысына кедергі болып, атомдар маңында кернеуді арттырады. Металлға қысым жасағанда, қысым сутегі атомдарының әсерінен дән шекараларына жақын шоғырланады, яғни жарық пайда болады және дән шекаралары бойымен таралады. Металдардағы сутегі сынығының әсерін болдырмау немесе азайтудың көптеген жолдары бар. Дәстүрлі тәсілдердің бірі - металлдың айналасына диффузиялық кедергілер ретінде әрекет ететін және қоршаған ортадан материалға сутегінің енуіне жол бермейтін қаптамалар қою. Тағы бір тәсіл - қоспаға тұзақтар немесе сіңіретін заттарды қосу, олар сутек атомын алып, басқа қосылысты құрайды.

475 °C температурада сынықтайтын күйде

Дуплексті тот баспайтын болат өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, өйткені ол өте жақсы тотығуға төзімді, бірақ оның үлкен феррит түйіршігі мен сынықтайтын бейімділігі 280-500 °C температурада, әсіресе 475 °C температурада, онда феррит ерітіндісінің спинодальдық ыдырауы Fe бай нанофазаға және Cr бай нанофазаға, G фазасы тұнбасымен бірге, феррит фазасын микро жарылыстардың артықшылықты бастау орны етеді.

Радиациялық сынығу

Радиациялық сынығу, нейтрондық сынығу деп те аталады, бұл реакторлар мен ядролық зауыттарда жиі байқалатын құбылыс, өйткені бұл материалдар тұрақты мөлшерде сәулеленудің әсеріне ұшырайды. Нейтрон металлға сәуле жібергенде, материалда бос орындар пайда болады, ол бос орынның шиеленуі деп аталады. Егер материал жыртылып (төмен тартылу жылдамдығы мен жоғары температура жағдайында) болса, босақтар бос орындарға бірігеді, бұл жұмыс бөлігінің механикалық беріктігіне қауіп төндіреді.

Қалшықтықтың басқа түрлері

Кернеулік коррозияның жарылуы (ККК) - сулы, коррозиялық материалдарға әсер етуден пайда болатын сынығу. Ол коррозиялық ортаға және созылу (сығу емес) кернеудің болуына негізделеді. Сульфидті стресс-крекинг - сульфидтің сіңірілуінен пайда болатын сынығу. Адсорбциялық сынығу - ылғалданғаннан пайда болатын сынығу. Сұйық металлдың сынығып кетуі (LME) - сұйық металдар салдарынан болатын сынық. Металлдан туындаған сынығу (МИЭ) - материалға қатты немесе сұйық металл атомдарының диффузиясынан пайда болатын сынығу. Мысалы, жоғары беріктікті болатқа кадмий қаптау, ол бастапқыда коррозияға жол бермеу үшін жасалды. Дәндердің шекаралық бөлінуі түйіршік аралық сынықтарды тудыруы мүмкін. Қаттылау кезінде дәндер шекаралары қоспадағы қоспалардың қоймасы ретінде бөлінеді. Бұл түйіршік шекарасының бөлінуі материал арқылы төмен беріктік жолдарының желісін құруға мүмкіндік береді. Пластмассаның негізгі сынық механизмі пластмассалардың біртіндеп жоғалуы, әдетте ыстықтану немесе ескіру арқылы. Асфальттың негізгі сынық механизмі тотығу арқылы жүзеге асады, бұл ыстық климаттарда өте ауыр. Асфальт жолдың сынығып қалуы (крокодилдің жарылуы) әр түрлі жарылу үлгілеріне әкелуі мүмкін, соның ішінде бойлық, көлденең және блок (алтыбұрышты). Асфальттың тотығуы полимерлердің ыдырауымен байланысты, өйткені бұл материалдар химиялық құрамы жағынан ұқсас.

Органикалық емес шыны мен керамиканың сынық болуы

Қаттылық механизмі металлдарға ұқсас. Органикалық емес шынының сынық болуы статикалық шаршау арқылы көрініс табады. Пирэкс сияқты шынылардың сынығылуы ылғалдың әсерінен болады. Жарықтардың өсу қарқыны ылғалдылыққа байланысты сызықтық түрде өзгереді, бұл бірінші реттік кинетикалық байланысты көрсетеді. Осы механизм арқылы Пайрекстің статикалық шаршауы ерітудің жарықтың ұшында шоғырлануын талап етеді. Егер еріту жарық тегіс беттерінде біркелкі болса, жарық ұшы тұншырайды. Бұл материалдың сындыру беріктігін 100 есеге арттырады. Сицилий/алюминий композиттерінің сынық болуы сабақты мысал ретінде қолданылады. Бұл жүйенің механизмі негізінен матрицадағы жарықтар арқылы материалға оттегінің диффузиясы болып табылады. Қысқылтек SiC талшықтарына жетіп, силикатты түзеді. Жаңа пайда болған силикаттың айналасына стресс шоғырланады және талшықтың беріктігі төмендейді. Бұл материалдың типтік сыну кернеуінен аз кернеуде сынуға әкеледі.

Полимерлерді сынықтандыру

Полимерлер әр түрлі композицияларда болады, ал химияның бұл әртүрлілігі кең ауқымды сынық механизмдерге әкеледі. Полимерлердің сынық болуының ең көп таралған көздері ауадағы оттегі, сұйық немесе бу түріндегі су, күн сәулесінен келетін ультрафиолет сәулелері, қышқылдар және органикалық еріткіштер. Бұл көздердің полимерлердің механикалық қасиеттерін өзгертетін тәсілдерінің бірі - тізбекті бөлу және тізбекті қиылыстыру. Тізбектің бөлінуі негізгі тізбектегі атомдық байланыстар бұзылған кезде пайда болады, сондықтан күн сәулесі сияқты элементтермен қоршаған орта осы сынықтылыққа әкеледі. Тізбектің ыдырауы материалдағы полимерлік тізбектердің ұзындығын азайтады, нәтижесінде беріктігі төмендейді. Тізбекті қиылыстырып жалғау кері әсер етеді. Кресс-байланыстардың санының артуы (мысалы, тотықтырғыш ортаға байланысты) күшті, аз икемді материалды тудырады. Полиэтиленнің термиялық тотығуы тізбекті ыдыраудың сапалы мысалын ұсынады. Кездейсоқ тізбектің бөлінуі тізбектердің орташа молярлық массасы сынған мәннен төмен түскен кезде, иілгіштік мінез-құлықтан сынушылыққа өзгеруді тудырады. Полиэтилен жүйесі үшін, орташа молярлық масса 90 кг/моль-ден төмен болған кезде сынығу пайда болды. Бұл өзгерістердің себебі - түйісудің азаюы және кристаллизмнің өсуі деп болжалды. Полимерлердің сымбаттылығы әдетте олардың аморфты құрылымының нәтижесі болып табылады, сондықтан кристаллизмнің артуы полимерді сынықтырады. Полиэтилен терефталат жағдайында гидролиз тізбекті ыдыраудың сынық болуын тудырады. Механикалық қасиеттердің нашарлауы жылжымалы аморфты фракцияның (МАФ) төмендеуімен байланысты екендігі және минималды МАФ жеткен кезде сымбаттылықтан сымбаттылыққа көшудің пайда болатыны дәлелденді. Бұл молекулалық түсінікпен емес, микромеханикалық түсінікпен күшейту механизмін қолдайды. Силиконды каучуктың сынығып кетуі тізбектің қиылысуының артуына байланысты. Силикон каучукті ауамен 250 °C (482 °F) жоғары температурада өткізген кезде негізгі тізбекте метилдік жақтау топтарында тотықтырғыш қиылысу реакциялары пайда болады. Бұл қиылысқан байланыстар резеңкеге едәуір аз икемділік береді. Еріткіштің қысымды жарылуы полимердің елеулі сынық механизмі болып табылады. Бұл сұйықтықтар немесе газдар полимерге сіңіп, нәтижесінде жүйені қабыту кезінде пайда болады. Полимердің ірілуі қиып өту ағынының азаюына және жарылудың күшеюіне әкеледі. Органикалық еріткіштерден еріткіштің стресс жарылуы сұйықтықтардың төмен қозғалмалылығынан статикалық шаршауға әкеледі. Газдардың еріткіштің қысымды жарылуы үлкен жарылу сезімталдығын тудырады. Поликарбонат еріткіштің қысымды жарылуының жақсы мысалын көрсетеді. Көптеген еріткіштердің поликарбонатты (мысалы, бензол, толуол, ацетон) ұқсас механизм арқылы сындыруы дәлелденген. Еріткіш массаға таралады, полимерді үрлейді, кристалдануды тудырады және ақыр соңында реттелген және ретсіз аймақтар арасындағы интерфейстерді жасайды. Бұл интерфейстер бос орындар мен кернеу өрістерін шығарады, олар полимердің әдеттегі кернеу беріктігінен әлдеқайда төмен кернеулерде материал бойына таралуы мүмкін.