نشكركم على زيارة موقع Nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
يُعدّ فولاذ 20MnTiB أكثر مواد المسامير عالية المقاومة استخدامًا في بناء جسور الهياكل الفولاذية في بلدي، ويُعتبر أداؤه بالغ الأهمية لضمان التشغيل الآمن للجسور. استنادًا إلى دراسة البيئة الجوية في تشونغتشينغ، صممت هذه الدراسة محلولًا للتآكل يُحاكي المناخ الرطب في تشونغتشينغ، وأجرت اختبارات تآكل الإجهاد على مسامير عالية المقاومة تُحاكي هذا المناخ. دُرست تأثيرات درجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وتركيز محلول التآكل المُحاكى على سلوك تآكل الإجهاد لمسامير 20MnTiB عالية المقاومة.
يُعدّ فولاذ 20MnTiB أكثر مواد البراغي عالية المقاومة استخدامًا في بناء جسور الهياكل الفولاذية في بلدي، وتُعتبر خصائصه ذات أهمية بالغة لسلامة تشغيل الجسور. قام لي وآخرون (1) باختبار خصائص فولاذ 20MnTiB المستخدم عادةً في براغي الدرجة 10.9 عالية المقاومة في نطاق درجات حرارة عالية يتراوح بين 20 و700 درجة مئوية، وحصلوا على منحنى الإجهاد والانفعال، وقوة الخضوع، وقوة الشد، ومعامل يونغ، والاستطالة، ومعامل التمدد. كما قام تشانغ وآخرون (2)، وهو وآخرون (3)، وغيرهم، من خلال اختبارات التركيب الكيميائي، واختبارات الخواص الميكانيكية، واختبارات البنية المجهرية، والتحليل المجهري والعياني لسطح السن اللولبي، بتحليل النتائج التي تُشير إلى أن السبب الرئيسي لكسر البراغي عالية المقاومة يرتبط بعيوب السن اللولبي، وأن حدوث هذه العيوب، وتركيزات الإجهاد العالية، وتركيزات الإجهاد عند طرف الشق، وظروف التآكل في الهواء الطلق، كلها عوامل تؤدي إلى تشقق التآكل الإجهادي.
تُستخدم مسامير عالية المقاومة في الجسور الفولاذية عادةً لفترات طويلة في بيئات رطبة. وتُعدّ عوامل مثل الرطوبة العالية ودرجة الحرارة المرتفعة وترسب وامتصاص المواد الضارة من البيئة من العوامل التي تُسهّل تآكل الهياكل الفولاذية. يُمكن أن يُؤدي التآكل إلى فقدان مساحة المقطع العرضي للمسامير عالية المقاومة، مما يُؤدي إلى ظهور العديد من العيوب والشقوق. وتستمر هذه العيوب والشقوق في التوسع، مما يُقلل من عمر المسامير عالية المقاومة وقد يُؤدي إلى كسرها. وقد أُجريت العديد من الدراسات حول تأثير التآكل البيئي على أداء المواد في مقاومة التآكل الإجهادي. درس كاتار وآخرون (4) سلوك التآكل الإجهادي لسبائك المغنيسيوم ذات المحتوى المختلف من الألومنيوم في بيئات حمضية وقلوية ومتعادلة باستخدام اختبار معدل الإجهاد البطيء (SSRT). كما درس عبدل وآخرون (5) السلوك الكهروكيميائي وسلوك تشقق التآكل الإجهادي لسبائك Cu10Ni في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5% في وجود تراكيز مختلفة من أيونات الكبريتيد. وقام أغيون وآخرون (6) بتقييم أداء التآكل لسبائك المغنيسيوم المصبوبة MRI230D. في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 3.5%، تم إجراء اختبارات الغمر، واختبار رش الملح، وتحليل الاستقطاب الديناميكي، واختبار مقاومة التآكل الإجهادي (SSRT). درس تشانغ وآخرون (7) سلوك التآكل الإجهادي لصلب مارتنسيتي 9Cr باستخدام اختبار مقاومة التآكل الإجهادي (SSRT) وتقنيات الاختبار الكهروكيميائي التقليدية، وحصلوا على تأثير أيونات الكلوريد على سلوك التآكل الساكن لصلب مارتنسيتي عند درجة حرارة الغرفة. بحث تشن وآخرون (8) سلوك التآكل الإجهادي وآلية التصدع لصلب X70 في محلول طين بحري محاكٍ يحتوي على بكتيريا اختزال الكبريتات (SRB) عند درجات حرارة مختلفة باستخدام اختبار مقاومة التآكل الإجهادي (SSRT). استخدم ليو وآخرون (9) اختبار مقاومة التآكل الإجهادي (SSRT) لدراسة تأثير درجة الحرارة ومعدل إجهاد الشد على مقاومة التآكل الإجهادي في مياه البحر لصلب 00Cr21Ni14Mn5Mo2N الأوستنيتي المقاوم للصدأ. أظهرت النتائج أن درجة الحرارة في نطاق 35-65 درجة مئوية ليس لها تأثير كبير على سلوك التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ. قام الباحثون في الدراسة رقم 10 بتقييم قابلية عينات ذات درجات مختلفة من مقاومة الشد للكسر المتأخر باستخدام اختبار الكسر المتأخر تحت الحمل الميت واختبار SSRT. وقد أشير إلى ضرورة ضبط مقاومة الشد لمسامير الفولاذ عالي المقاومة 20MnTiB و35VB عند 1040-1190 ميجا باسكال. ومع ذلك، تستخدم معظم هذه الدراسات محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5% لمحاكاة البيئة المسببة للتآكل، في حين أن بيئة الاستخدام الفعلية للمسامير عالية المقاومة أكثر تعقيدًا وتتضمن العديد من العوامل المؤثرة، مثل قيمة الرقم الهيدروجيني للمسمار. درس أنانيا وآخرون (11) تأثير المعايير البيئية والمواد في الوسط المسبب للتآكل على التآكل وتصدع التآكل الإجهادي في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج. (سونادا وآخرون). أجرى 12 باحثًا اختبارات تشقق التآكل الإجهادي عند درجة حرارة الغرفة على فولاذ SUS304 في محاليل مائية تحتوي على حمض الكبريتيك (H2SO4) (بتركيز 0-5.5 كيلومول/م³) وكلوريد الصوديوم (NaCl) (بتركيز 0-4.5 كيلومول/م³). كما دُرست تأثيرات حمض الكبريتيك وكلوريد الصوديوم على أنواع التآكل في فولاذ SUS304. استخدم ميروي وآخرون (13) اختبار SSRT لدراسة تأثيرات اتجاه الدرفلة، ودرجة الحرارة، وتركيز ثاني أكسيد الكربون/أول أكسيد الكربون، وضغط الغاز، وزمن التآكل على قابلية فولاذ أوعية الضغط A516 للتآكل الإجهادي. باستخدام محلول NS4 كمحلول لمحاكاة المياه الجوفية، درس إبراهيم وآخرون (14) تأثير العوامل البيئية مثل تركيز أيون البيكربونات (HCO3-)، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة على تشقق التآكل الإجهادي في فولاذ أنابيب API-X100 بعد إزالة الطلاء. درس الباحثون في المرجع 15 قانون تغير قابلية تشقق التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 00Cr18Ni10 مع درجة الحرارة في ظروف حرارية مختلفة (30-250 درجة مئوية) في وسط الماء الأسود في محطة محاكاة لتحويل الفحم إلى هيدروجين باستخدام اختبار التآكل الإجهادي السريع (SSRT). وقام هان وآخرون في المرجع 16 بتوصيف قابلية تقصف الهيدروجين لعينات مسامير عالية المقاومة باستخدام اختبار الكسر المتأخر تحت الحمل الميت واختبار التآكل الإجهادي السريع (SSRT). ودرس تشاو في المرجع 17 تأثيرات الرقم الهيدروجيني (pH) وأيونات الكبريتات (SO42-) والكلوريد (Cl-) على سلوك التآكل الإجهادي لسبائك GH4080A باستخدام اختبار التآكل الإجهادي السريع (SSRT). وأظهرت النتائج أنه كلما انخفضت قيمة الرقم الهيدروجيني، ساءت مقاومة التآكل الإجهادي لسبائك GH4080A. وتتميز هذه السبائك بحساسية واضحة للتآكل الإجهادي تجاه أيونات الكلوريد (Cl-)، بينما لا تتأثر بأيونات الكبريتات (SO42-) في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، لا تزال الدراسات قليلة حول تأثير التآكل البيئي على مسامير الفولاذ عالي المقاومة 20MnTiB.
بهدف تحديد أسباب فشل مسامير التثبيت عالية المقاومة المستخدمة في الجسور، أجرى الباحث سلسلة من الدراسات. تم اختيار عينات من هذه المسامير، ونوقشت أسباب فشلها من منظور التركيب الكيميائي، والشكل المجهري للكسر، والبنية المعدنية، وتحليل الخواص الميكانيكية.^{19، 20} وبناءً على دراسة البيئة الجوية في تشونغتشينغ خلال السنوات الأخيرة، تم تصميم مخطط تآكل يحاكي المناخ الرطب في المدينة. أُجريت تجارب تآكل الإجهاد، وتجارب التآكل الكهروكيميائي، وتجارب إجهاد التآكل على مسامير التثبيت عالية المقاومة في بيئة تحاكي مناخ تشونغتشينغ الرطب. في هذه الدراسة، تم بحث تأثير درجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وتركيز محلول التآكل المحاكي على سلوك تآكل الإجهاد لمسامير 20MnTiB عالية المقاومة من خلال اختبارات الخواص الميكانيكية، والتحليل المجهري والعياني للكسر، ونواتج تآكل السطح.
تقع تشونغتشينغ في جنوب غرب الصين، في أعالي نهر اليانغتسي، وتتمتع بمناخ موسمي شبه استوائي رطب. يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة السنوية 16-18 درجة مئوية، ويبلغ متوسط ​​الرطوبة النسبية السنوية في الغالب 70-80%، ويبلغ عدد ساعات سطوع الشمس السنوية 1000-1400 ساعة، ونسبة سطوع الشمس 25-35% فقط.
بحسب التقارير المتعلقة بسطوع الشمس ودرجة الحرارة المحيطة في تشونغتشينغ خلال الفترة من 2015 إلى 2018، يتراوح متوسط ​​درجة الحرارة اليومية في المدينة بين 17 و23 درجة مئوية. وقد تصل أعلى درجة حرارة مسجلة على جسر تشاوتيانمن في تشونغتشينغ إلى 50 درجة مئوية. ولذلك، تم تحديد مستويات درجة الحرارة لاختبار التآكل الإجهادي عند 25 و50 درجة مئوية.
تُحدد قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التآكل المُحاكى كمية أيونات الهيدروجين (H+) بشكل مباشر، ولكن هذا لا يعني بالضرورة أن انخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني يُسهّل حدوث التآكل. يختلف تأثير الرقم الهيدروجيني على النتائج باختلاف المواد والمحاليل. ولدراسة تأثير محلول التآكل المُحاكى على أداء التآكل الإجهادي للمسامير عالية المقاومة بشكل أفضل، تم ضبط قيم الرقم الهيدروجيني لتجارب التآكل الإجهادي على 3.5 و5.5 و7.5 بالاستناد إلى الدراسات المنشورة²³ ونطاق الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار السنوية في تشونغتشينغ خلال الفترة من 2010 إلى 2018.
كلما زاد تركيز محلول التآكل المحاكي، زاد محتوى الأيونات فيه، وازداد تأثيره على خصائص المادة. ولدراسة تأثير تركيز محلول التآكل المحاكي على تآكل الإجهاد في البراغي عالية المقاومة، أُجري اختبار تآكل معملي مُعجّل، وضُبط تركيز محلول التآكل المحاكي على المستوى 4 (بدون تآكل)، وكانت هذه المستويات هي: التركيز الأصلي لمحلول التآكل المحاكي (1×)، و20 ضعف التركيز الأصلي لمحلول التآكل المحاكي (20×)، و200 ضعف التركيز الأصلي لمحلول التآكل المحاكي (200×).
تُعدّ البيئة ذات درجة حرارة 25 درجة مئوية، ودرجة حموضة 5.5، وتركيز محلول التآكل المُحاكى الأصلي، الأقرب إلى ظروف الاستخدام الفعلية للمسامير عالية المقاومة في الجسور. ومع ذلك، ولتسريع عملية اختبار التآكل، تمّ اعتماد ظروف تجريبية بدرجة حرارة 25 درجة مئوية، ودرجة حموضة 5.5، وتركيز 200 ضعف تركيز محلول التآكل المُحاكى الأصلي، كمجموعة تحكم مرجعية. عند دراسة تأثيرات درجة الحرارة، والتركيز، ودرجة الحموضة لمحلول التآكل المُحاكى على أداء تآكل الإجهاد للمسامير عالية المقاومة، مع بقاء العوامل الأخرى ثابتة، تمّ اعتمادها كمستوى تجريبي لمجموعة التحكم المرجعية.
استنادًا إلى تقرير جودة البيئة الجوية للفترة 2010-2018 الصادر عن مكتب تشونغتشينغ للبيئة والإيكولوجيا، وبالرجوع إلى مكونات الهطول المطري المذكورة في دراسة Zhang24 وغيرها من الدراسات المنشورة في تشونغتشينغ، تم تصميم محلول محاكاة للتآكل بناءً على زيادة تركيز أيونات الكبريتات (SO42-). يوضح الجدول 1 تركيب الهطول المطري في المنطقة الحضرية الرئيسية في تشونغتشينغ عام 2017.
يتم تحضير محلول التآكل المحاكي باستخدام طريقة موازنة تركيز الأيونات الكيميائية باستخدام الكواشف التحليلية والماء المقطر. تم ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التآكل المحاكي باستخدام مقياس رقم هيدروجيني دقيق ومحلول حمض النيتريك ومحلول هيدروكسيد الصوديوم.
بهدف محاكاة المناخ الرطب في تشونغتشينغ، تم تعديل جهاز اختبار رذاذ الملح وتصميمه خصيصًا. كما هو موضح في الشكل 1، يتكون الجهاز التجريبي من نظامين: نظام رذاذ الملح ونظام الإضاءة. يُعد نظام رذاذ الملح الوظيفة الرئيسية للجهاز، ويتألف من وحدة تحكم، ووحدة رش، ووحدة استشعار. تتمثل وظيفة وحدة الرش في ضخ رذاذ الملح إلى حجرة الاختبار بواسطة ضاغط الهواء. تتكون وحدة الاستشعار من عناصر قياس درجة الحرارة، والتي تستشعر درجة الحرارة داخل حجرة الاختبار. تتكون وحدة التحكم من حاسوب دقيق، يربط بين وحدتي الرش والاستشعار للتحكم في العملية التجريبية بأكملها. تم تركيب نظام الإضاءة في حجرة اختبار رذاذ الملح لمحاكاة ضوء الشمس. يتكون نظام الإضاءة من مصابيح تعمل بالأشعة تحت الحمراء ووحدة تحكم زمنية. في الوقت نفسه، تم تركيب مستشعر درجة حرارة في حجرة اختبار رذاذ الملح لمراقبة درجة الحرارة حول العينة في الوقت الفعلي.
تمت معالجة عينات التآكل الإجهادي تحت حمل ثابت وفقًا للمعيار NACETM0177-2005 (الاختبارات المعملية لمقاومة تشقق الإجهاد الكبريتي وتشقق التآكل الإجهادي للمعادن في بيئة كبريتيد الهيدروجين). تم تنظيف عينات التآكل الإجهادي أولًا بالأسيتون والتنظيف الميكانيكي بالموجات فوق الصوتية لإزالة بقايا الزيت، ثم تجفيفها بالكحول وتجفيفها في فرن. بعد ذلك، وُضعت العينات النظيفة في حجرة اختبار جهاز اختبار رذاذ الملح لمحاكاة حالة التآكل في بيئة تشونغتشينغ ذات المناخ الرطب. وفقًا للمعيار NACETM0177-2005 ومعيار اختبار رذاذ الملح GB/T 10125-2012، تم تحديد مدة اختبار التآكل الإجهادي تحت حمل ثابت في هذه الدراسة بـ 168 ساعة. أُجريت اختبارات الشد على عينات التآكل في ظل ظروف تآكل مختلفة على جهاز اختبار الشد العالمي MTS-810، وتم تحليل خصائصها الميكانيكية وشكل التآكل الناتج عن الكسر.
يوضح الشكل 1 المورفولوجيا الكلية والجزئية لتآكل سطح عينات تآكل الإجهاد للمسامير عالية القوة في ظل ظروف تآكل مختلفة.2 و3 على التوالي.
الشكل المجهري لعينات تآكل الإجهاد لمسامير 20MnTiB عالية القوة في ظل بيئات تآكل محاكاة مختلفة: (أ) بدون تآكل؛ (ب) مرة واحدة؛ (ج) 20 مرة؛ (د) 200 مرة؛ (هـ) الرقم الهيدروجيني 3.5؛ (و) الرقم الهيدروجيني 7.5؛ (ز) 50 درجة مئوية.
المورفولوجيا المجهرية لمنتجات التآكل لمسامير 20MnTiB عالية القوة في بيئات تآكل محاكاة مختلفة (100×): (أ) مرة واحدة؛ (ب) 20×؛ (ج) 200×؛ (د) الرقم الهيدروجيني 3.5؛ (هـ) الرقم الهيدروجيني 7.5؛ (و) 50 درجة مئوية.
يتضح من الشكل 2أ أن سطح عينة البرغي عالي القوة غير المتآكل يُظهر بريقًا معدنيًا لامعًا دون وجود تآكل واضح. ومع ذلك، في ظل ظروف محلول التآكل المحاكي الأصلي (الشكل 2ب)، كان سطح العينة مغطى جزئيًا بمنتجات تآكل بنية وحمراء، ولا تزال بعض مناطق السطح تُظهر بريقًا معدنيًا واضحًا، مما يشير إلى أن بعض مناطق سطح العينة فقط هي التي تآكلت بشكل طفيف، وأن محلول التآكل المحاكي لم يكن له أي تأثير على سطح العينة. لا تؤثر خصائص المادة بشكل كبير. مع ذلك، في حالة تركيز محلول التآكل المحاكى 20 ضعف التركيز الأصلي (الشكل 2ج)، غُطي سطح عينة البرغي عالي المقاومة بالكامل بكمية كبيرة من نواتج التآكل ذات اللون البني الفاتح وكمية قليلة من نواتج التآكل ذات اللون البني المحمر. لم يُلاحظ أي بريق معدني واضح، وظهرت كمية قليلة من نواتج التآكل ذات اللون البني الداكن بالقرب من سطح الركيزة. أما في حالة تركيز محلول التآكل المحاكى 200 ضعف التركيز الأصلي (الشكل 2د)، فقد غُطي سطح العينة بالكامل بنواتج التآكل البنية، وظهرت نواتج التآكل ذات اللون البني الداكن في بعض المناطق.
عندما انخفض الرقم الهيدروجيني إلى 3.5 (الشكل 2هـ)، كانت منتجات التآكل ذات اللون البني الفاتح هي الأكثر وجودًا على سطح العينات، وقد تم تقشر بعض منتجات التآكل.
يوضح الشكل 2g أنه مع ارتفاع درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية، ينخفض ​​محتوى منتجات التآكل ذات اللون البني المحمر على سطح العينة بشكل حاد، بينما تغطي منتجات التآكل ذات اللون البني الفاتح سطح العينة على مساحة واسعة. وتكون طبقة منتجات التآكل رخوة نسبيًا، وقد تقشرت بعض المنتجات ذات اللون البني المسود.
كما هو موضح في الشكل 3، في ظل بيئات تآكل مختلفة، تتفكك نواتج التآكل على سطح عينات تآكل الإجهاد لبرغي 20MnTiB عالي المقاومة بشكل واضح، ويزداد سمك طبقة التآكل مع زيادة تركيز محلول التآكل المحاكي. في حالة محلول التآكل المحاكي الأصلي (الشكل 3أ)، يمكن تقسيم نواتج التآكل على سطح العينة إلى طبقتين: الطبقة الخارجية من نواتج التآكل موزعة بالتساوي، ولكن يظهر بها عدد كبير من الشقوق؛ أما الطبقة الداخلية فهي عبارة عن تجمعات فضفاضة من نواتج التآكل. في حالة تركيز محلول التآكل المحاكي 20 ضعفًا (الشكل 3ب)، يمكن تقسيم طبقة التآكل على سطح العينة إلى ثلاث طبقات: الطبقة الخارجية عبارة عن تجمعات متفرقة من نواتج التآكل، وهي فضفاضة ومسامية، ولا تتمتع بأداء وقائي جيد؛ أما الطبقة الوسطى فهي طبقة متجانسة من نواتج التآكل، ولكن بها شقوق واضحة، ويمكن لأيونات التآكل أن تمر عبر الشقوق وتؤدي إلى تآكل الركيزة؛ الطبقة الداخلية عبارة عن طبقة كثيفة من نواتج التآكل خالية من الشقوق الواضحة، مما يوفر حماية جيدة للركيزة. في ظل تركيز محلول التآكل المحاكى الأصلي بمقدار 200 ضعف (الشكل 3ج)، يمكن تقسيم طبقة التآكل على سطح العينة إلى ثلاث طبقات: الطبقة الخارجية رقيقة ومتجانسة من نواتج التآكل؛ والطبقة الوسطى تتكون أساسًا من تآكل على شكل بتلات ورقائق. أما الطبقة الداخلية فهي طبقة كثيفة من نواتج التآكل خالية من الشقوق والثقوب الواضحة، مما يوفر حماية جيدة للركيزة.
يتضح من الشكل 3د أنه في بيئة التآكل المحاكاة عند درجة حموضة 3.5، يوجد عدد كبير من نواتج التآكل المتكتلة أو الشبيهة بالإبر على سطح عينة البرغي عالي القوة 20MnTiB. ويُعتقد أن نواتج التآكل هذه تتكون أساسًا من γ-FeOOH وكمية صغيرة من α-FeOOH المتداخلة، كما أن طبقة التآكل بها تشققات واضحة.
يتضح من الشكل 3f أنه عند ارتفاع درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية، لم تُلاحظ طبقة صدأ داخلية كثيفة واضحة في بنية طبقة التآكل، مما يشير إلى وجود فجوات بين طبقات التآكل عند هذه الدرجة، الأمر الذي جعل الركيزة غير مغطاة بالكامل بنواتج التآكل. ويوفر ذلك حماية ضد زيادة ميل الركيزة للتآكل.
يوضح الجدول 2 الخصائص الميكانيكية للمسامير عالية القوة تحت تأثير إجهاد الحمل الثابت والتآكل في بيئات تآكل مختلفة:
يتضح من الجدول 2 أن الخواص الميكانيكية لعينات براغي 20MnTiB عالية المقاومة لا تزال مطابقة للمواصفات القياسية بعد اختبار التآكل المُعجّل بدورة الجفاف والترطيب في بيئات محاكاة تآكل مختلفة، إلا أنها تُظهر بعض التلف مقارنةً بالعينات غير المتآكلة. عند تركيز محلول التآكل المُحاكى الأصلي، لم تتغير الخواص الميكانيكية للعينات بشكل ملحوظ، ولكن عند تركيز 20 أو 200 ضعف تركيز المحلول، انخفضت استطالة العينات بشكل كبير. تتشابه الخواص الميكانيكية عند تركيزي 20 و200 ضعف تركيز محلول التآكل المُحاكى الأصلي. عندما انخفضت قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التآكل المُحاكى إلى 3.5، انخفضت قوة الشد واستطالة العينات بشكل ملحوظ. عند ارتفاع درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية، انخفضت قوة الشد والاستطالة بشكل ملحوظ، وكان معدل انكماش المساحة قريبًا جدًا من القيمة القياسية.
تظهر في الشكل 4 أشكال الكسر لعينات تآكل الإجهاد لبرغي 20MnTiB عالي القوة في ظل بيئات تآكل مختلفة، وهي: الشكل الكلي للكسر، ومنطقة الألياف في مركز الكسر، والشفة المورفولوجية الدقيقة لواجهة القص، وسطح العينة.
الأشكال المورفولوجية للكسر المجهرية والعيانية لعينات براغي 20MnTiB عالية القوة في بيئات تآكل محاكاة مختلفة (500×): (أ) بدون تآكل؛ (ب) مرة واحدة؛ (ج) 20×؛ (د) 200×؛ (هـ) الرقم الهيدروجيني 3.5؛ (و) الرقم الهيدروجيني 7.5؛ (ز) 50 درجة مئوية.
يتضح من الشكل 4 أن كسر عينة 20MnTiB عالية المقاومة والمعرضة لتآكل الإجهاد، تحت ظروف محاكاة مختلفة للتآكل، يُظهر نمط كسر نموذجي على شكل كأس مخروط. بالمقارنة مع العينة غير المتآكلة (الشكل 4أ)، فإن المنطقة المركزية لشق الألياف صغيرة نسبيًا، بينما منطقة حافة القص أكبر. هذا يدل على تضرر الخواص الميكانيكية للمادة بشكل كبير بعد التآكل. مع زيادة تركيز محلول التآكل المحاكى، ازدادت الحفر في منطقة الألياف في مركز الكسر، وظهرت خطوط تمزق واضحة. وعندما زاد التركيز إلى 20 ضعف تركيز محلول التآكل المحاكى الأصلي، ظهرت حفر تآكل واضحة عند السطح الفاصل بين حافة القص وسطح العينة، وظهرت كمية كبيرة من نواتج التآكل على السطح.
يُستنتج من الشكل 3د وجود تشققات واضحة في طبقة التآكل على سطح العينة، مما يُضعف تأثيرها الوقائي على المادة الأساسية. في محلول التآكل المُحاكى ذي الرقم الهيدروجيني 3.5 (الشكل 4هـ)، يُلاحظ تآكل شديد على سطح العينة، مع صغر ملحوظ في مساحة الألياف المركزية. كما تظهر العديد من خطوط التمزق غير المنتظمة في مركز منطقة الألياف. ومع ازدياد قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التآكل المُحاكى، تتقلص منطقة التمزق في مركز الكسر، ويقل عمق الحفرة تدريجيًا.
عندما ارتفعت درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية (الشكل 4g)، كانت مساحة حافة القص عند كسر العينة هي الأكبر، وازدادت الحفر في منطقة الألياف المركزية بشكل ملحوظ، كما ازداد عمق الحفر، وازدادت مساحة التماس بين حافة القص وسطح العينة. وازدادت نواتج التآكل والحفر، مما يؤكد اتجاه تعمق تآكل الركيزة الموضح في الشكل 3f.
تُسبب قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التآكل بعض الضرر بالخواص الميكانيكية لمسامير 20MnTiB عالية المقاومة، لكن هذا التأثير ليس كبيرًا. في محلول التآكل ذي الرقم الهيدروجيني 3.5، تتوزع كمية كبيرة من نواتج التآكل المتكتلة أو الشبيهة بالإبر على سطح العينة، وتظهر تشققات واضحة في طبقة التآكل، مما لا يُشكل حماية كافية للركيزة. كما تظهر حفر تآكل واضحة وكمية كبيرة من نواتج التآكل في البنية المجهرية لكسر العينة. يُشير هذا إلى انخفاض كبير في قدرة العينة على مقاومة التشوه بفعل القوى الخارجية في البيئة الحمضية، وزيادة ملحوظة في ميل المادة للتآكل الإجهادي.
لم يكن لمحلول التآكل المحاكي الأصلي تأثير يُذكر على الخواص الميكانيكية لعينات البراغي عالية المقاومة، ولكن مع زيادة تركيز محلول التآكل المحاكي إلى 20 ضعف تركيزه الأصلي، تضررت الخواص الميكانيكية للعينات بشكل ملحوظ، وظهر تآكل واضح في البنية المجهرية للكسر، تمثل في حفر وشقوق ثانوية وكمية كبيرة من نواتج التآكل. وعندما زاد تركيز محلول التآكل المحاكي من 20 إلى 200 ضعف تركيزه الأصلي، تضاءل تأثير تركيز محلول التآكل على الخواص الميكانيكية للمادة.
عندما تكون درجة حرارة التآكل المحاكاة 25 درجة مئوية، لا تتغير مقاومة الخضوع ومقاومة الشد لعينات براغي 20MnTiB عالية المقاومة كثيرًا مقارنةً بالعينات غير المتآكلة. ومع ذلك، عند درجة حرارة بيئة التآكل المحاكاة 50 درجة مئوية، انخفضت مقاومة الشد والاستطالة للعينات بشكل ملحوظ، واقترب معدل انكماش المقطع من القيمة القياسية، وبلغت حافة القص عند الكسر أكبر حجم لها، وظهرت انخفاضات ملحوظة في منطقة الألياف المركزية، وازداد عمق الحفر، وزادت منتجات التآكل وحفر التآكل. يُظهر هذا أن بيئة التآكل التآزرية مع درجة الحرارة لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للبراغي عالية المقاومة، وهو تأثير غير واضح عند درجة حرارة الغرفة، ولكنه يصبح أكثر وضوحًا عند بلوغ درجة الحرارة 50 درجة مئوية.
بعد إجراء اختبار التآكل المتسارع في بيئة داخلية تحاكي الظروف الجوية في تشونغتشينغ، انخفضت قوة الشد، وقوة الخضوع، والاستطالة، وغيرها من خصائص مسامير 20MnTiB عالية المقاومة، وحدث تلف واضح ناتج عن الإجهاد. ونظرًا لتعرض المادة للإجهاد، يحدث تسارع ملحوظ في التآكل الموضعي. وبسبب التأثير المشترك لتركيز الإجهاد وحفر التآكل، يسهل حدوث تلف لدني واضح في مسامير المقاومة العالية، مما يقلل من قدرتها على مقاومة التشوه بفعل القوى الخارجية، ويزيد من ميلها للتآكل الناتج عن الإجهاد.
لي، جي، لي، إم، ين، واي، وجيانغ، إس. دراسة تجريبية حول خصائص البراغي عالية القوة المصنوعة من فولاذ 20MnTiB عند درجة حرارة مرتفعة. مجلة الهندسة المدنية 34، 100-105 (2001).
Hu, J., Zou, D. & Yang, Q. تحليل فشل الكسر لمسامير الصلب عالية القوة 20MnTiB للسكك الحديدية. المعالجة الحرارية. المعادن. 42، 185-188 (2017).
Catar, R. & Altun, H. سلوك تشقق التآكل الإجهادي لسبائك Mg-Al-Zn في ظل ظروف pH مختلفة بواسطة طريقة SSRT.Open.Chemical.17, 972–979 (2019).
ناصر، أ.أ. وآخرون. تأثيرات الجليسين على السلوك الكهروكيميائي وسلوك التآكل الإجهادي لسبائك Cu10Ni في محلول ملحي ملوث بالكبريتيد. الهندسة الصناعية. الكيميائية. الخزانات. 50، 8796-8802 (2011).
أغيون، إي. ولولو، ن. خصائص التآكل لسبائك المغنيسيوم المصبوبة بالقالب MRI230D في محلول كلوريد الصوديوم المشبع بـ Mg(OH)2 بنسبة 3.5٪. alma mater.character.61، 1221-1226 (2010).
Zhang, Z., Hu, Z. & Preet, MS تأثير أيونات الكلوريد على سلوك التآكل الساكن والإجهادي للفولاذ المارتنسيتي 9Cr.surf.Technology.48, 298–304 (2019).
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. & Song, B. التأثير التآزري لـ SRB ودرجة الحرارة على تشقق التآكل الإجهادي لصلب X70 في محلول طين البحر الاصطناعي. J. Chin.Socialist Party.coros.Pro.39, 477–484 (2019).
Liu, J., Zhang, Y. & Yang, S. سلوك التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ 00Cr21Ni14Mn5Mo2N في مياه البحر.physics.take an exam.test.36, 1-5 (2018).
Lu, C. دراسة الكسر المتأخر لمسامير الجسر عالية القوة.jaw.Academic school.rail.science.2, 10369 (2019).
أنانيا، ب. تشقق التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في المحاليل الكاوية. أطروحة دكتوراه، أتلانتا، جورجيا، الولايات المتحدة الأمريكية: معهد جورجيا للتكنولوجيا 137-8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. & Sugimoto, K. Effects of H2SO4 and naci on stress Correcuration of SUS304 Stainless steel in H2SO4-NaCl quause solution.alma mater.trans.47, 364–370 (2006).
Merwe, JWVD تأثير البيئة والمواد على تشقق التآكل الإجهادي للفولاذ في محلول H2O/CO/CO2. إنتر ميلان. مجلة التآكل. 2012، 1-13 (2012).
إبراهيم، م. وأكرم أ. تأثيرات البيكربونات ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة على تخميل فولاذ خط أنابيب API-X100 في محلول المياه الجوفية المحاكي. في IPC 2014-33180.
شان، جي، تشي، إل، سونغ، إكس، هوانغ، إكس، وكو، دي. تأثير درجة الحرارة على قابلية الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي للتصدع الناتج عن التآكل الإجهادي. coro.be against to.Technology.18، 42-44 (2018).
هان، إس. سلوك الكسر المتأخر الناجم عن الهيدروجين في العديد من أنواع الفولاذ عالي القوة المستخدمة في التثبيت (جامعة كونمينغ للعلوم والتكنولوجيا، 2014).
Zhao, B., Zhang, Q. & Zhang, M. آلية تآكل الإجهاد لسبائك GH4080A للمثبتات.cross.companion.Hey.treat.41, 102–110 (2020).