Üks levinumaid tööstuses ja ehituses kasutatavaid materjale on metall. Isegi tehnoloogilise klaaskiu ja komposiitide tekkimise taustal ei kaota selle ainulaadsed jõudlusomaduste kombinatsioonid oma tähtsust. Kuid sellised tegurid nagu metalli vananemine, väsimusefektid, korrosioon ja muud lagunemisprotsessid piiravad selle kasutamist, sundides tehnolooge otsima võimalusi konstruktsiooni vastupidavuse suurendamiseks.
Vananemisprotsess
Metallisulamite ja puhaste elementide vananemise all mõeldakse muutust nende toimimises. Aja jooksul muutuvad konstruktsioonid ja osad oma struktuuris, mis kajastub jõudluses. Arvatakse, et metallide vananemisprotsessil on negatiivsed tagajärjed, kuigi see põhjustab ka teatud kasulike tehniliste ja füüsikaliste omaduste suurenemist. Näiteks suureneb materjali kõvadus, kuigi paralleelselt suureneb ka rabedus. Igal juhul erineb struktuurimuutus tulemuslikkusest, mida näiteks hoone või inseneriprojekti väljatöötamisel eeldatakse.
Aeg on vananemise peamine põhjus, kuid mitte ainus. Välised tingimused võivad selles protsessis olulist rolli mängida.eriti keemiliselt agressiivne keskkond, millega materjal kokku puutub. Tavalistes töötingimustes toimub metalli aeglane mehaaniline vananemine, mille vastu toote aatomid läbivad difusiooni.
Kunstlik vananemine
Kuna see protsess ei too alati kaasa materjali kasutusväärtuse täielikku kadumist ja aitab kaasa ka teatud omaduste kasvule, kasutatakse sageli kunstlikku vananemist. Näiteks kasutatakse seda tehnikat alumiiniumi ja titaanisulamite puhul, et suurendada nende tugevust. See efekt saavutatakse kuumtöötlemise teel. Kui metalli loomulik vananemine võib ka normaalsel toatemperatuuril toimuda väga aeglaselt, siis kunstlik protsess nõuab spetsiaalset kõvenemist. Kuid on oluline arvestada selle meetodi ja metalli karastamise tehnoloogia põhimõttelise erinevusega. Vananemine kunstlikult loodud tingimustes suurendab kõvadust ja tugevust, kuid aitab kaasa ka elastsuse vähenemisele.
Meetmed vananemise vältimiseks
Põhimõtteliselt ei saa seda protsessi peatada. Kuid vahelduva eduga on täiesti võimalik seda aeglustada või vananemist stimuleerivaid tegureid kõrvaldada. Näiteks mõnes tööstusharus töödeldakse üksikute konstruktsioonide metalle perioodiliselt kaitselahuste ja poleerimisvahenditega, mis minimeerivad negatiivsete töötegurite – keemilised, temperatuuri, mehaanilised jne – mõju. Mis puutub metallide vananemise mõju aeglustamiseks tavalistes töötingimustes, sisseSõltuv alt konstruktsiooni või osa tüübist võib rakendada sama kuumtöötlust. Näiteks keevitajad panevad õmblused kõrgele temperatuurile 600–650 °C. See tehnika sarnaneb rohkem metalli karastamisele, kuid vähendab ka vananemise intensiivsust.
Keemiline korrosioon
Roostetamine on metallidele ohtlikum tehniliste ja füüsikaliste omaduste muutumise seisukoh alt. Korrosioon võib tekkida keemilise või elektrokeemilise mõju mõjul struktuurile. Ja kui metalli vananemine on aeglane, võib rooste levimise kiirus sõltuv alt välistingimustest olla väga suur.
Keemilised korrosiooniprotsessid toimuvad tavaliselt juhtudel, kui metall on otseses kontaktis happelahuste, gaasiliste ainete, soolade ja leelistega. Need on kõige aktiivsemad korrosiooni soodustajad, mida leidub alati keskkonnas, kuid erineval kujul. Lõppkokkuvõttes moodustub kahjustatud alale rabe ja lahtine kiht, mille olemasolu vähendab materjali vastupidavust.
Elektrikorrosioon
Sel juhul toimub metalltoodete spontaanne interaktsioon elektrolüütilise keskkonnaga. Selle taustal osa läbib oksüdatsiooni ja vedel aktiivne komponent taastub. Sellised protsessid võivad toimuda erinevate elektroodide laenguga sulamite kokkupuutepunktides. Kui sellistes piirkondades on soola võihappelahused, siis moodustub galvaaniline paar, milles anoodi funktsiooni täidab madala elektroodi laenguga element. Seetõttu muudab suur potentsiaal metallist katoodi.
Oluline on märkida, et metalli vananemine ja korrosioon võivad toimuda ka ilma tugevate stimulantideta. Elektrokeemilise roostetamise korral piisab minimaalsest kokkupuutest happelise keskkonnaga, mis võib esineda ka siseruumides. Kuid enamasti allutatakse sellised protsessid autode elementide baasile. Elektrokeemilise korrosiooni põhjuseks võivad sellistes olukordades olla karburaatori düüside, kütuseventiilide ummistumine, elektriseadmete paaride juhtmestiku rikkumised jne.
Korrosioonitõrjemeetmed
Enamik kaitsevahendeid on välimine kate, millest saab alguse konstruktsiooni hävimine. Selleks saab kasutada spetsiaalseid katteid, värve, pulbreid, emaile ja lakikompositsioone. Tõhus tõke korrosioonikahjustuste vastu moodustatakse ka eeltsinkimise meetoditega enne konstruktsiooni või detaili kasutuselevõttu.
Tõsisem ettevalmistus hõlmab ka legeerimist. Eelkõige võib selline konstruktsiooni muutmine muuta metalli vananemise kiirust nii üles- kui ka allapoole. Tootmises ja tööstuses kasutatakse ka spetsiaalseid kõrgtehnoloogilisi meetodeid. Nende hulka kuuluvad faoleerimine, õhutustamine ja gaasi termiline töötlemine.
Järeldus
Loetletud hävimisprotsessid ja metallide struktuuri muutused on vaid osa neist nähtustest, mis võivad mõjutada materjali omadusi. Erilise koha nende seas hõivab väsimuse mõju. See on protsess, mille käigus järk-järgult kogunenud kahjustused põhjustavad konstruktsiooni pinge suurenemist, mis viib tööomaduste kadumiseni. Kuid erinev alt metalli vananemisest on selle väsimine peaaegu alati põhjustatud välistest füüsilistest mõjudest.
Tagamaks, et ükski vaadeldavatest protsessidest ei avaldaks negatiivset mõju toote struktuurilisele stabiilsusele, on vaja esm alt hinnata selle vastuvõtlikkust teatud tegurite mõjule. Selleks töötavad tehnoloogid välja spetsiaalsed meetodid toorikute jälgimiseks, mis näitavad projekteerimismaterjalide puhul nende nõrku ja tugevaid tehnilisi ja füüsilisi omadusi.
