Quy định về mục đích của thử nghiệm ăn mòn ứng suất đối với kim loại?

1. Quy định về mục đích của thử nghiệm ăn mòn ứng suất đối với kim loại? 

Trong tiểu mục 4.3 của Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8286-1:2009 (ISO 7539-1:1987) về Ăn mòn kim loại và hợp kim - Thử ăn mòn ứng suất Hướng dẫn chung về phương pháp thử, mục đích của thử nghiệm ăn mòn ứng suất được xác định để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thông tin, nhằm dự đoán và đánh giá tập tính ăn mòn ứng suất trong quá trình sử dụng.

Đối với mục đích này, các phương pháp thử nghiệm thông thường nhất bao gồm việc sử dụng mẫu thử có ứng suất cao hơn, biến dạng liên tục chậm, với vết nứt xuất hiện trước, và nồng độ của các tác nhân ăn mòn trong môi trường thử nghiệm được điều chỉnh cao hơn so với môi trường làm việc thực tế. Thêm vào đó, thử nghiệm thường thực hiện ở nhiệt độ và kích thước điện hóa tăng lên để tạo ra điều kiện thử nghiệm tương đồng với các điều kiện khắc nghiệt hơn.

Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác và tính ứng dụng của kết quả, các phương pháp này cần phải được điều chỉnh sao cho các chi tiết của cơ chế phá hủy không bị thay đổi. Điều này đặt ra yêu cầu cao về sự chính xác trong triển khai thực hiện thử nghiệm và quá trình đánh giá kết quả.

Trong trường hợp có những khó khăn lớn khi tái tạo chính xác các điều kiện làm việc, phân tích quá trình ăn mòn ứng suất có thể trở nên hữu ích. Điều này giúp xác định mức độ tác động của các tác nhân chính ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình sử dụng.

Khi cần thiết, sau đó, lựa chọn phương pháp thử nghiệm ăn mòn ứng suất có thể được thực hiện một cách tập trung và hiệu quả, giảm bớt khả năng phức tạp của quá trình thử nghiệm. Điều này có thể bao gồm việc xác định mức độ cho phép của các tác nhân chính và tập trung vào giai đoạn cụ thể của quá trình ăn mòn.

Tóm lại, mục đích của thử nghiệm ăn mòn ứng suất không chỉ là cung cấp thông tin nhanh chóng mà còn là đảm bảo tính chính xác và áp dụng của kết quả trong các điều kiện thực tế, đồng thời linh hoạt trong việc điều chỉnh phương pháp thử nghiệm để giữ nguyên tính ổn định của cơ chế phá hủy.

2. Thế nào ăn mòn ứng suất? 

Ăn mòn ứng suất, như được quy định tại tiểu mục 2.1 của Mục 2 trong Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8286-1:2009 (ISO 7539-1: 1987) về Ăn mòn kim loại và hợp kim - Thử ăn mòn ứng suất - Phần 1: Hướng dẫn chung về phương pháp thử, là hiện tượng sự ăn mòn được kích thích bởi tác động đồng thời của môi trường ăn mòn và ứng suất kéo tĩnh danh nghĩa. Quá trình này thường dẫn đến sự hình thành vết nứt, và trong nhiều trường hợp, nó có thể làm giảm đáng kể tính chất chịu tải của cấu trúc kim loại. Để hiểu rõ hơn về thuật ngữ này, ăn mòn ứng suất có thể được mô tả như là một quá trình đặc biệt, nơi sự tương tác giữa môi trường ăn mòn và áp lực kéo tĩnh tạo điều kiện lý tưởng cho việc xuất hiện các vết nứt trong cấu trúc kim loại. Điều này không chỉ làm suy giảm độ bền của vật liệu mà còn tạo ra rủi ro nghiêm trọng đối với tính an toàn và hiệu suất của cấu trúc.

Ăn mòn ứng suất là quá trình ăn mòn có sự tăng cường đối với kim loại do tác động liên tục của môi trường ăn mòn và ứng suất kéo tĩnh danh nghĩa, thường dẫn đến sự hình thành vết nứt. Hiện tượng này thường gây giảm đáng kể tính chất chịu tải của cấu trúc kim loại. Như vậy, ăn mòn ứng suất là một quá trình đặc biệt, trong đó sự ăn mòn được kích thích bởi sự tương tác liên tục giữa môi trường ăn mòn và ứng suất kéo tĩnh danh nghĩa. Kết quả là hình thành vết nứt, gây giảm đáng kể về tính chất chịu tải của kim loại trong cấu trúc.

3. Những quy định chung về hệ thống tạo ứng thử nghiệm ăn mòn ứng suất đối với kim loại và hợp kim?

Hệ thống tạo ứng suất, theo quy định tại tiểu mục 5.1 trong Mục 5 của Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8286-1:2009 (ISO 7539-1: 1987) về Ăn mòn kim loại và hợp kim - Thử ăn mòn ứng suất - Phần 1: Hướng dẫn chung về phương pháp thử. Hệ thống tạo ứng suất cần tuân thủ các quy định chung sau đây:

- Các phương pháp chất tải cho các mẫu thử, có bề mặt ban đầu bằng phẳng, được cắt rãnh hoặc có vết nứt trước, có thể được phân loại thành các nhóm tương ứng với yêu cầu của từng thử nghiệm, gồm:

 Tổng biến dạng không đổi: 

+ Vật liệu dạng lá thường được thử bằng uốn; vật liệu thấm được thử kéo hoặc ở dạng vòng chữ C, cũng có thể sử dụng vòng chữ C cho thử các sản phẩm ống và các bán thành phẩm khác có mặt cắt ngang tròn.

+ Các phép thử uốn đơn giản trong sử dụng và do đó các mẫu thử và đồ gá kẹp thường rẻ. Các vấn đề đối với các phương pháp thử này thường có liên quan đến khả năng tái tạo lại mức ứng suất khá khó khăn, ngay cả khi đã có dụng cụ đo định lượng. Sự cố gắng cải thiện tình trạng này đã dẫn tới các phép thử uốn phức tạp hơn, ví dụ, đòi hỏi phải có bốn điểm chất tải thay cho ba điểm chất tải trước đây, nhưng các hạn chế của lý thuyết uốn đơn giản thường được sử dụng để tính toán mức ứng suất có thể dẫn đến các sai số của ứng suất dự tính trước, đặc biệt là khi có biến dạng nằm ngoài giới hạn đàn hồi. Việc sử dụng tenxơ mét để đo các ứng suất bề mặt có thể có ích trong một số trường hợp. Việc chế tạo các mẫu thử dạng dải cho các dạng uốn chữ "U" đã tạo ra lượng biến dạng dẻo đáng kể có thể ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt.

+ Có thể thử vật liệu dạng ống dưới dạng các vòng chữ "C" hoặc các vòng chữ "O". Vòng "C" được tạo ứng suất bằng cách mở một phần hoặc khép kín khe hở và vòng "O" được tạo ứng suất bằng cách lắp cưỡng bức thích hợp với một nút có kích thước lớn hơn kích thước lỗ vòng. Vòng ”C" cũng có khả năng sử dụng được cho thử nghiệm các dạng sản phẩm dày, ví dụ các sản phẩm bằng hợp kim nhôm, có chiều ngang hẹp.

+ Các phép thử kéo tổng biến dạng không đổi đôi khi được ưu tiên sử dụng hơn các phép thử uốn, như vậy sẽ đơn giản hóa cho việc ứng dụng và tính toán ứng suất. Tuy nhiên các mẫu thử kéo đòi hỏi phải có các khung giữ lớn hơn so với các mẫu thử uốn có mặt cắt ngang tương đương.

+  Có thể tránh được việc sử dụng các khung giữ bằng cách dùng các mẫu thử được tạo ứng suất bên trong có chứa các ứng suất dư do sự biến dạng không đồng nhất. Các mẫu thử này có thể được tạo ra bằng cách uốn với biến dạng dẻo, ví dụ bằng cách tạo ra chỗ phình trên vật liệu dạng lá hoặc tấm, hoặc bằng cách hàn. Nhưng các phép thử này liên quan đến những vấn đề về sự thay đổi có hệ thống của ứng suất ban đầu, ứng suất này thường đạt được các giá trị lớn nhất trong vùng giới hạn chảy. Hơn nữa, sự hồi vị của biến dạng đàn hồi, trong quá trình tạo ra các ứng suất dư bằng cách làm phình tấm vật liệu hoặc cán phẳng một phần ống có thể gây ra những vấn đề mà khi có yêu cầu về hàn thì những biến đổi về cấu trúc có thể làm gia tăng các khó khăn, trừ khi phép thử là phép thử mô phỏng của tình trạng thực tế.

+ Các mẫu thử tổng biến dạng không đổi đôi khi được chất tải bằng cách trước tiên đặt vào máy thử thông thường hoặc thiết bị thử tương tự sau đó được lắp vào khung giữ trong khi vẫn được duy trình ở trạng thái đã bị biến dạng. Khi tải trọng tác dụng của mẫu thử được dỡ bỏ thì mẫu thử vẫn giữ được trạng thái chịu tác động của ứng suất do khung giữ. Giả sử rằng biến dạng trong mẫu thử được giữ không đổi vì lực gây ra biến dạng được truyền từ máy thử cho khung giữ. Điều này đòi hỏi máy thử và khung giữ có độ cứng vững như nhau, do đó khung giữ phải tương đối lớn so với mẫu thử.

+ Độ cứng vững của khung giữ dùng để tạo ra ứng suất cũng có thể ảnh hưởng đến thời gian phá hủy mẫu thử, ngoài bất cứ ảnh hưởng nào có thể có đối với mức ứng suất ban đầu. Như vậy, trong hầu hết các phép thử tổng biến dạng không đổi và đặc biệt là các phép thử đối với các vật liệu dẻo, biến dạng đàn hồi ban đầu trong mẫu thử được biến đổi một phần thành biến dạng dẻo vì sự lan truyền của vết nứt.

+ Một khi đã bắt đầu có sự nới lỏng của tải trọng thì mức nới lỏng có thể thay đổi từ mẫu thử này sang mẫu thử kia, và Điều này có thể ảnh hưởng đến thời gian phá hủy theo số lượng các vết nứt hoặc các hố lõm được tạo ra. Có thể quan sát sự nới lỏng tải trọng đã đánh dấu trên một mẫu thử có nhiều vết nứt hoặc hố lõm trong khi sự nới lỏng nhỏ đối với tải trọng được quan sát khi chỉ có một ít vết nứt xuất hiện. Nếu chỉ có một vết nứt xuất hiện, nó sẽ không phát triển đến kích thước lớn trước khi xảy ra sự phá hủy đột ngột cuối cùng vì tải trọng tác dụng còn cao, trong khi sự nới lỏng tải trọng đã đánh dấu gắn liền với sự hiện diện của nhiều vết nứt ăn mòn ứng suất có nghĩa là các vết nứt phải lan truyền rộng hơn trước khi có một trong các vết nứt này trở nên đủ lớn để tạo ra các trạng thái ứng suất ở tải trọng tương đối nhỏ để dẫn đến sự phá hủy đột ngột.

+ Mức độ hiện diện của số lượng các vết nứt ảnh hưởng đến các kết quả thử phụ thuộc một cách tự nhiên vào hệ thống ăn mòn ứng suất đang được nghiên cứu, nghĩa là phụ thuộc vào các tính chất như độ bền đứt của vật liệu và phụ thuộc cả vào tính ăn mòn của môi trường được sử dụng. Kết quả cũng phụ thuộc vào độ cứng vững của đò gá giữ mẫu thử được sử dụng. Như vậy, khung giữ mẫu thử càng cứng vững thì biến dạng đàn hồi càng nhỏ để có thể giữ được trong mẫu thử sau sự phát triển của dải Luders. Do đó thời gian tới khi phá hủy đối với một ứng suất ban đầu đã cho thay đổi theo hệ thống là cứng hay mềm; trong một số trường hợp, các vết nứt có thể ngừng phát triển để không dẫn đến sự phá hủy.

 Tải trọng không đổi: 

+ Các phép thử này có thể mô phỏng chặt chẽ hơn sự phá hủy do ăn mòn ứng suất từ ứng suất tác dụng hoặc ứng suất gia công. Vì mặt cắt ngang hiệu dụng của mẫu thử bị giảm đi do sự phát triển của vết nứt cho nên các phép thử tải trọng không đổi kéo theo sự gia tăng trạng thái ứng suất. Do đó các phép thử này rất có thể dẫn đến sự phá hủy hoặc sự phá hủy hoàn toàn sớm hơn so với các phép thử tổng biến dạng không đổi.

+ Các phép thử trọng tải không đổi đối với các mẫu thử có mặt cắt ngang đáng kể thường yêu cầu máy thử lớn đôi khi được thay thế bằng cách sử dụng một lò xo nén. Đặc tính của lò xo được chọn sao cho bảo đảm được sự mới lỏng xảy ra trong quá trình thử không làm cho tải trọng thay đổi một cách đáng kể. Sử dụng các lực kế kiểu vòng thuộc cùng một loại được cải tiến để hiệu chuẩn các máy thử kéo. Có thể xác định tải trọng chiều trục tác dụng lên mẫu thử kéo được đặt trong lực kế kiểu vòng bằng cách đo độ thay đổi đường kính của vòng được hiệu chuẩn.

+ Cách tiếp cận khác để giảm thiểu kích thước của hệ thống chất tải là giảm mặt cắt ngang của mẫu thử, ví dụ như bằng cách sử dụng dây rất thanh mảnh. Tuy nhiên, sẽ rất nguy hiểm nếu mặt cắt ngang được giảm đi quá nhiều trừ khi sự phá hủy do ăn mòn ứng suất được phê chuẩn bằng kim tương học. Đó là vì, trong một số môi trường ăn mòn ứng suất sự phá hủy có thể do ăn mòn lỗ chỗ hoặc các dạng ăn mòn khác kèm theo sự gia tăng của ứng suất hiệu dụng tới giới hạn bền của kim loại. Các mối nguy hiểm khác sẽ kèm theo khi việc sử dụng các mẫu thử có mặt cắt ngang rất nhỏ (xem 7.2.2).

+ Chi phí cho các mẫu thử trong Điều kiện tải trọng không đổi trên các máy thử riêng biệt có thể được giảm thiểu bằng cách thử nghiệm chuỗi các mẫu thử chỉ trên một máy. Quy trình kỹ thuật này cũng làm giảm đi các yêu cầu đối với phòng thử. Chuỗi các mẫu thử kéo theo một trục có thể được nối với các khâu chất tải đơn giản, nhưng phương pháp này cần cải tiến hơn để thích hợp cho các trường hợp không dự tính trước được sự phá hủy bởi vì sự phá hủy của một mẫu thử nào đó có thể làm mất hiệu lực đối với các mẫu thử còn lại. Chuỗi các mẫu thử có vết nứt trước dễ phá hỏng hơn có thể được nối với các khâu chất tải được thiết kế để dỡ tải tuần tự cho các mẫu thử khi xảy ra sự tăng trưởng của vết nứt để tránh gây nhiễu loạn cho các mẫu thử khác trong trường hợp có sự phá hủy. Người sử dụng phải vô hiệu hóa các quy trình thử khi sử dụng chuỗi các mẫu thử để đảm bảo không có sai số trước khi làm theo các quy trình này.

+ Việc sử dụng mẫu thử kéo có chiều dài đo dạng côn đang được ưa thích cho phép tạo ra một dãy các ứng suất ban đầu trong một mẫu thử. Tuy nhiên nên thận trọng đối với việc sử dụng các mẫu thử này, ví dụ như, để xác định các mức ứng suất giới hạn chính xác. Các kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như số lượng các vết nứt hiện có, sự hình thành cổ thắt do biến dạng chảy.... Thích hợp hơn cả là sử dụng các mẫu thử trong các phép thử "phân loại" kèm theo số lượng hạn chế thử nghiệm thông thường.

+ Các phép thử tải trọng không đổi đòi hỏi sự gia tăng của trạng thái ứng suất khi các vết nứt phát triển, vì thế một khi các vết nứt đã bắt đầu xuất hiện thì ít có khả năng ngừng phát triển hơn so với trường hợp của các phép thử tổng biến dạng không đổi ở các ứng suất dưới ứng suất giới hạn. Vì vậy, giá trị ứng suất tới hạn xác định trong điều kiện tải trọng không đổi rất có thể thấp hơn so với xác định trong điều kiện độ võng (biến dạng) không đổi trong một hệ thống cụ thể nào đó.

Tốc độ biến dạng chậm:

+ Việc ứng dụng sự biến dạng động lực học chậm, ban đầu đã được xem như một phép thử phân loại nhanh, được bắt đầu nổi lên như một phép thử có liên quan rất nhiều với thực tế. Về cơ bản, phương pháp này đòi hỏi phải sử dụng tốc độ biến dạng hoặc tốc độ võng tương đối chậm (ví dụ 10-6 s-1) đối với mẫu thử dưới tác động thích hợp của môi trường, tới khi xảy ra phá hủy.

- Đối với các mẫu thử có vết nứt trước, các điều kiện giới hạn cần được xác định dưới dạng giá trị cường độ ứng suất KIscc. Phép thử cũng có thể được tiến hành trong điều kiện cường độ biến dạng không đổi.

Trong quá trình triển khai, việc hiểu biết về các giới hạn của các phương pháp khác nhau ít nhất cũng quan trọng như việc lựa chọn phương pháp tạo ứng suất. Điều này đảm bảo tính hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thử nghiệm, đồng thời đề xuất cơ sở cho quyết định đánh giá độ bền và an toàn của cấu trúc kim loại và hợp kim liên quan.

Quý khách có nhu cầu xem thêm bài viết sau đây: Quy định về công tác đất, thi công và nghiệm thu TCVN 4447:2012

Nếu quý khách đang đối mặt với bất kỳ vấn đề pháp lý nào hoặc có những câu hỏi cần được giải đáp, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi qua Tổng đài tư vấn pháp luật trực tuyến, sẵn sàng lắng nghe và giúp đỡ bạn qua số hotline 1900.6162. Chúng tôi cũng rất hoan nghênh việc gửi yêu cầu chi tiết qua email đến địa chỉ lienhe@luatminhkhue.vn. Đội ngũ chuyên gia pháp lý của chúng tôi sẽ nhanh chóng đáp lại, cung cấp sự hỗ trợ chuyên nghiệp và giải đáp mọi thắc mắc của bạn. Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hợp tác và niềm tin của quý khách hàng. Hãy để chúng tôi giúp bạn giải quyết mọi vấn đề pháp lý một cách hiệu quả và minh bạch nhất.