Korozja zmęczeniowa to pękanie metalu, który jednocześnie pracuje pod zmiennym obciążeniem i ma kontakt ze środowiskiem korozyjnym. Każdy z tych czynników osobno część by wytrzymała. Razem potrafią złamać wał albo sprężynę przy naprężeniach, które w suchym powietrzu byłyby zupełnie bezpieczne.
Mapa strony
Spis treści
Na czym polega korozja zmęczeniowa?
Zwykłe zmęczenie materiału to powolne narastanie pęknięć pod wpływem obciążeń, które wciąż się powtarzają: obrotów, drgań, zginań. Stal ma przy tym pewien próg, poniżej którego może pracować praktycznie bez końca.
W środowisku korozyjnym ten próg znika. Wystarczy wilgoć, woda, mgła solna albo kondensat, a pęknięcie pojawi się nawet przy małych naprężeniach, jeśli tylko cykli będzie dostatecznie dużo. To kwestia czasu, a nie tego, czy w ogóle do niego dojdzie.
Jak powstaje pęknięcie?
Proces przebiega zwykle w trzech krokach:
- Ognisko korozji. Na powierzchni tworzy się wżer lub drobne zagłębienie. Więcej o tym mechanizmie w tekście korozja wżerowa.
- Karb. Wżer działa jak nacięcie. Naprężenia skupiają się na jego dnie i tam zaczyna się pęknięcie.
- Wzrost. Z każdym cyklem szczelina się otwiera, wnika w nią wilgoć, a świeżo odsłonięty metal koroduje. Pęknięcie rośnie szybciej niż przy samym zmęczeniu.
Na końcu przekrój jest już tak osłabiony, że część łamie się nagle, często bez wcześniejszych sygnałów.
Po czym rozpoznać korozję zmęczeniową?
Typowy obraz to wiele drobnych, równoległych pęknięć biegnących w poprzek kierunku obciążenia. Na przełomie widać produkty korozji, czyli rdzawe lub ciemne przebarwienia, których nie ma przy czystym zmęczeniu. Pęknięcia zaczynają się zwykle od wżerów, rys, podcięć i przejść średnic.
Gołym okiem trudno je zauważyć. W praktyce wykrywa się je badaniami penetracyjnymi lub magnetyczno-proszkowymi podczas przeglądów.
Korozja zmęczeniowa a korozja naprężeniowa
Te dwa zjawiska często się myli, bo w obu metal pęka przy udziale środowiska. Różnice są jednak wyraźne.
| Cecha | Korozja zmęczeniowa | Korozja naprężeniowa |
|---|---|---|
| Rodzaj obciążenia | zmienne, powtarzające się | stałe, rozciągające |
| Środowisko | prawie każde korozyjne, także wilgotne powietrze | określone dla danego stopu |
| Podatne materiały | praktycznie wszystkie metale | wybrane pary stop i środowisko |
| Wygląd pęknięć | liczne, mało rozgałęzione | często silnie rozgałęzione |
Drugie zjawisko opisujemy szerzej w artykule korozja naprężeniowa. Przegląd wszystkich typów znajdziesz w zestawieniu rodzaje korozji.
Gdzie występuje najczęściej?
Wszędzie tam, gdzie część się obraca, drga lub ugina, a jednocześnie ma kontakt z wodą albo wilgocią:
- wały pomp, śrub okrętowych i przekładni,
- sprężyny i elementy zawieszenia,
- liny stalowe i cięgna,
- łopatki turbin i wirniki,
- rury wymienników ciepła narażone na drgania,
- śruby i sworznie w konstrukcjach pracujących na zewnątrz.
Typowy scenariusz: wał pompy
Dobrze pokazuje to przykład wału pompy wody. Wał obraca się tysiące razy na godzinę i przy każdym obrocie lekko się ugina. Dopóki uszczelnienie trzyma, pracuje latami.
Wystarczy niewielki przeciek, żeby woda zaczęła zwilżać powierzchnię przy odsadzeniu. Po kilku miesiącach pojawiają się tam wżery, potem siatka drobnych pęknięć, aż któregoś dnia wał urywa się w trakcie normalnej pracy. Obliczenia wytrzymałościowe były poprawne. Nikt po prostu nie założył, że część będzie pracować na mokro.
Co przyspiesza korozję zmęczeniową?
- Chlorki, czyli woda morska, mgła solna i sól drogowa.
- Wolne cykle obciążenia. Im dłużej szczelina pozostaje otwarta, tym więcej czasu ma korozja.
- Karby i rysy po obróbce, montażu lub transporcie.
- Wżery powstałe jeszcze przed montażem, na przykład w magazynie.
- Podwyższona temperatura, która przyspiesza reakcje chemiczne.
Jak wykryć pęknięcia, zanim część się złamie?
Pęknięcia zmęczeniowe przez długi czas są zbyt drobne, żeby je zobaczyć. Dlatego części krytyczne sprawdza się metodami nieniszczącymi podczas planowych przeglądów.
- Badania penetracyjne pokazują pęknięcia wychodzące na powierzchnię, także na stali nierdzewnej i aluminium.
- Badania magnetyczno-proszkowe są szybkie i czułe, ale działają tylko na stalach ferromagnetycznych.
- Prądy wirowe sprawdzają się przy rurach wymienników i elementach o powtarzalnym kształcie.
- Ultradźwięki pozwalają ocenić wady położone głębiej.
Przy okazji przeglądu warto obejrzeć miejsca, w których zbiera się woda lub osad. To tam pęknięcia pojawiają się najpierw.
Jak zapobiegać korozji zmęczeniowej?
Skoro potrzebne są dwa czynniki naraz, wystarczy skutecznie ograniczyć jeden z nich. W praktyce działa się na obu frontach.
- Odcięcie środowiska: powłoki ochronne, smary, oleje i inhibitory korozji.
- Umocnienie powierzchni: kulowanie lub nagniatanie wprowadza naprężenia ściskające, które utrudniają otwieranie pęknięć.
- Dobra geometria: łagodne promienie przejść, brak ostrych podcięć i gładka powierzchnia.
- Dobór materiału odpornego na dane środowisko.
- Regularne przeglądy części krytycznych.
Dlaczego ochrona zaczyna się w magazynie?
Wał, sprężyna czy łożysko mogą leżeć na półce miesiącami, zanim trafią do maszyny. Jeśli w tym czasie pojawią się na nich wżery, część zaczyna pracę z gotowymi karbami. Z zewnątrz wygląda poprawnie, szczególnie gdy nalot ktoś zetrze, ale jej trwałość jest już mniejsza.
Dlatego elementy pracujące pod zmiennym obciążeniem warto przechowywać i wysyłać w opakowaniach z lotnym inhibitorem korozji, na przykład w folii antykorozyjnej VCI, albo zabezpieczać olejem antykorozyjnym. Praktyczne wskazówki są w poradnikach ochrona łożysk i części obrotowych w magazynie oraz ochrona silników elektrycznych i przekładni.
Mit czy fakt? 3 przekonania o pękaniu części
Mit: skoro obciążenie jest małe, część nie pęknie. W środowisku korozyjnym nie ma bezpiecznego poziomu naprężeń zmiennych.
Mit: stal nierdzewna jest na to odporna. Radzi sobie lepiej, ale w obecności chlorków też ulega korozji zmęczeniowej.
Fakt: lekki nalot rdzy na wale to realne ryzyko. Nawet płytki wżer wystarczy, żeby zapoczątkować pęknięcie.
Czym różni się korozja zmęczeniowa od zwykłego zmęczenia materiału?
Obecnością środowiska korozyjnego. Przy zwykłym zmęczeniu stal ma próg naprężeń, poniżej którego nie pęka, a w środowisku korozyjnym tego progu nie ma.
Jakie metale ulegają korozji zmęczeniowej?
Praktycznie wszystkie metale konstrukcyjne. Dotyczy to stali węglowych i stopowych, stali nierdzewnych, stopów aluminium oraz miedzi.
Czy korozję zmęczeniową można naprawić?
Zwykle nie. Część z pęknięciami wymienia się na nową, bo szlifowanie lub spawanie nie przywraca jej pierwotnej trwałości.
Jak chronić wały i sprężyny przed korozją w magazynie?
Najprościej opakowaniem VCI lub olejem antykorozyjnym. Chodzi o to, żeby do montażu na powierzchni nie powstał żaden wżer.
Zabezpiecz części, zanim trafią do maszyny
Przechowujesz lub wysyłasz wały, sprężyny, łożyska albo elementy złączne? Powiedz nam, jak długo leżą i w jakich warunkach, a zaproponujemy sposób ochrony. Zamów bezpłatną konsultację.
Przeczytaj także
Wybraliśmy powiązane artykuły, które rozwijają temat i pomagają lepiej zrozumieć praktyczne zastosowanie opisywanych rozwiązań.
Odrdzewianie metalu: 7 metod od octu po laser. Co działa, a co szkodzi?
Czytaj artykuł
Czy stal rdzewieje? Stal węglowa, konstrukcyjna i narzędziowa a korozja
Czytaj artykuł
Czystość techniczna detali (VDA 19.1, ISO 16232) – jak ją osiągnąć i utrzymać do montażu
Czytaj artykuł
