Wpływ warunków eksploatacji na pękanie kruche

Zmęczenie materiału:

Pod wpływem naprężeń zmiennych w materiale występują zmiany strukturalne, a w określonych warunkach naprężeniowych również pęknięcia zmęczeniowe. Jeżeli konstrukcja pracuje w temperaturze powyżej temperatury przejścia w stan kruchy, to pęknięcie zmęczeniowe nie jest zbyt groźne. W danym przypadku mechanika pękania pozwala obliczyć czas pracy elementu pękniętego do wystąpienia awarii. Jeżeli jednak pęknięcia zmęczeniowe powstają w temperaturach poniżej temperatury przejścia w stan kruchy, staje się ono natychmiastowym inicjatorem kruchego pęknięcia.

Wpływ napromieniowania neutronami:

Pod wpływem napromieniowania neutronamiy co występuje w reaktorach atomowych, następują zmiany własności mechanicznych stali oraz zwiększa się jej kruchość. Zjawiska zachodzące w napromieniowanej neutronami stali mogą być bardzo złożone, przypuszcza się jednak, że zmiany własności są spowodowane bombardowaniem neutronów o dużej energii, które wyrzucają atomy metalu z ich położenia w sieci krystalicznej, tworząc w ten sposób wakansy i międzywęzłowe położenie wytrąconych atomów.

Korozja:

Równoczesne oddziaływanie środowiska korozyjnego i naprężeń może przyspieszyć proces korozji lub też wywołać pęknięcie korozyjne. Pęknięcie to może być inicjatorem kruchego pękania. Zależy to od stanu metalurgicznego materiału i temperatury pracy. Pękanie korozyjne jest to złożony proces niszczenia materiału, w warunkach równoczesnego działania naprężeń rozciągających i korozji elektrochemicznej. Wspólne oddziaływanie naprężeń i środowiska korozyjnego jest bardziej niebezpieczne niż naprężenia i korozja występująca niezależnie od siebie. Pod wpływem działania naprężeń w materiale pracującym w środowisku korozyjnym powstają pęknięcia, rozwijające się prostopadle do kierunku działania naprężeń. Pęknięcia te mogą mieć charakter międzykrystaliczny lub wewnątrzkrystaliczny — czasami mieszany.

Kruchość wodorowa:

Jeżeli materiał pracuje w środowisku, w którym jest wodór, może nastąpić jego przenikanie do stali. Pewne nasycenie stali wodorem następuje np. w czasie procesu trawienia blach. Wodór atomowy ulatnia się jednak szybko ze stali przy wyjęciu jej ze środowiska korozyjnego, może jednak częściowo powstawać w porach i innych wadach w postaci dwuatomowej cząsteczki H2.

Kruchość kaustyczna:

Kruchość kaustyczna występuje w wyniku działania węglanu sodu i wodorotlenku sodu, przy ich występowaniu w większym stężeniu i należy do zjawisk korozji naprężeniowej. Działaniu tego zjawiska podlegają szczególnie płaszcze i nity kotłowe w przypadkach, gdy woda jest zmiękczana tym składnikiem. Pęknięcia korozyjne pojawiają się przede wszystkim w miejscach nieszczelności, gdzie przeciekająca woda odparowuje i stopniowo wzrasta stężenie roztworu.

Kruchość wywołania działaniem podwyższonych temperatur:

Kruchość stali wywołana działaniem niskiej temperatury nie wywołuje trwałych zmian własności. Po nagrzaniu stali do temperatur wyższych od temperatury przejścia w stan kruchy, w danych warunkach obciążenia, stal odzyskuje swoje pierwotne, dobre własności plastyczne. Oddziaływanie podwyższonej i wysokiej temperatury może natomiast wywołać trwałe zmiany struktury i własności. Pierwotne własności można w takim przypadku odzyskać dopiero po odpowiedniej obróbce cieplnej.
Do niekorzystnych zjawisk występujących w podwyższonych temperaturach należy również pełzanie. Możemy rozróżnić kilka zakresów podwyższonych temperatur, które mogą wywołać obniżenie własności plastycznych materiału. Zakresy te nazywamy odpowiednio:

• zakres kruchości na niebiesko,
• kruchości cieplnej,
• kruchości po rekrystalizacji,
• kruchości odpuszczania,
• kruchości na gorąco.

Kruchość cieplna jest wywołana długotrwałym działaniem podwyższonych temperatur (rzędu 350 – 600 [°C]).

Kruchość wtórnej krystalizacji:

Jest to zjawisko wywołujące spadek plastyczności stali wygrzewanych w zakresie temperatur Acl-Ac3. Kruchość wtórnej krystalizacji uwidacznia się przy badaniach statycznych i dynamicznych i występuje między innymi w strefie wpływu ciepła.

Kruchość odpuszczania:

Zjawisko kruchości odpuszczania występuje w stalach hartowanych, nagrzanych do temperatur poniżej Acl. Celem tego zabiegu jest podwyższenie własności plastycznych zahartowanej stali. Odpuszczanie w temperaturze 250 – 400 [°C] wywołuje spadek plastyczności, zarówno w danej temperaturze odpuszczania, jak i po ochłodzeniu stali z tej temperatury do temperatury pokojowej. Szybkość chłodzenia po odpuszczeniu nie ma w tym zakresie wpływu na tę kruchość. Przy powtórnym nagrzaniu do tego samego zakresu temperatury odpuszczania nie następuje podwyższenie plastyczności. Drugim zakresem temperatur odpuszczania, wywołującym kruchość, są temperatury 500 – 550 [°C]. Zjawisko występujące w tym zakresie temperatur jest podobne do zjawiska kruchości na niebiesko. Dla niektórych gatunków stali stopień kruchości, wywołany odpuszczaniem w zakresie temperatur 450 – 600 [°C], zależy od szybkości chłodzenia po odpuszczeniu. Przy szybkim chłodzeniu, np. w wodzie; odpuszczona stal wykazuje dużą udarność, natomiast przy wolnym — znacznie niższą. Zwiększona kruchość stali może wystąpić nie tylko przy odpuszczaniu stali hartowanej, lecz również w stalach normalizowanych i wyżarzanych, jeżeli nie zachowano właściwych szybkości chłodzenia w tym zakresie temperatur. Zjawisko to ma istotne znaczenie przy odprężaniu konstrukcji spawanych. Zwiększona szybkość chłodzenia po odprężaniu jest korzystniejsza, z punktu widzenia plastyczności materiału, niż powolne chłodzenie. Nie oznacza to, że wszystkie odprężane elementy należy szybko chłodzić. O szybkości chłodzenia decyduje tu równomierność przekrojów materiału odprężanego elementu.