材料延寿与可持续发展
2012-04-01 00:00:00
作者:李金桂 来源:《腐蚀防护之友》
“中国制造”的产品、设备、装备和重大工程项目所用的材料主要是环境适应型材料,是为了适应环境要求而发展起来的材料。这些材料可能遭遇的环境条件是千变万化的,为了适应,几乎所有的材料都在不断地研究和改进,以适应新的环境,满足新的功能要求,概括而论,包括三大环境条件。
自然环境
任何材料或制件都处于世界各国不同的自然环境之中,包括大气、水、生物、土壤等自然环境,也包括工业污染物,如工业废气、工业废水、废液等带来苛刻得多的外界环境。
运行环境
制件的使用目的千差万别,一把螺丝刀,它的工作环境,是刀尖、刀杆承受的剪切力、扭力和外界环境,周围大气(温度、湿度等)十分简明;而西气东输埋地管线,要将新疆的天然气输送到上海,除管道外表面承受各地不同的土壤的作用,还要承受所输送天然气的气相(含微量液相)组份、流速、压力等工作环境的作用;一辆汽车、一艘轮船、一架飞机的侵蚀环境则要复杂得多,包括总体环境(整机是在热带还是寒带运行),局部环境(飞机前沿还是发动机涡轮部件)、具体环境、是具体零件的环境,是动件还是静件、是摩擦件还是被摩擦件、没有摩擦特性件)。
总体环境决定着整机可能遭遇损害的严重程度,但造成材料提前损伤往往是具体的环境条件起着作用,例如热带飞行的飞机,其发动机涡轮叶片,运行时承担高温高压高速转动、停机时又要承担热带气候高温高湿的作用,这里有腐蚀、摩擦磨损和疲劳断裂环境及其互相干扰与叠加的作用,所以,设计时要从总体环境进而分析具体环境,再考虑部件组合中零件的相互关系,分析接触、摩擦、震动可能带来对零件的损伤,认真考虑结构、选材料和保护措施,而一旦出现事故,则要从具体环境所可能造成的材料损伤,找出事故原因和防止措施。
加工制造环境
在加工制造过程中,材料要经受种种加工、精雕细刻、组装才能构成可用的产品,一般需要经历:铸造(或锻造)→加工(车、铣、铇、磨等)→热处理→焊接→表面处理→装配→试车→交货。
在这些过程中需要采用多种工艺对材料进行加工,这需要历经高温、高压、振动、水及各种化学介质等的作用,这些作用环境就是加工制造环境。
制造工程师需要研究和应用先进的加工工艺,整个的加工制造装配过程中在不损伤材料固有优良性能的同时,通过加工提高材料成为制件之后所需要的耐腐蚀、耐摩擦磨损磨蚀、抗疲劳和蠕变的性能,这就需要成套的先进的制造技术、工艺、装备、标准、以及质保体系。
材料损伤的表现和根源
工业产品的失效有四大表现:腐蚀、磨损、断裂和泄漏;但泄漏源自于腐蚀、摩擦磨损磨蚀和环境断裂。
腐蚀、磨损、断裂既是工业产品的失效的表现,也是工业产品失效的根源。制造环境、自然环境和运行环境共同作用下,材料的腐蚀、磨损、断裂引发了“中国制造”的产品、设备、装备和重大工程项目提前损伤、提前破坏、提前失效。
这些损伤的根源则主要来自以下三点:
(1)在加工制造过程中,损伤了材料固有的耐蚀性、耐摩性和表面完整性,留下了隐患。
(2)在运行过程中,动应力、静应力、温度、压力、介质等对制成零部件的材料的破坏作用。
(3)在停机或使用过程中,各种自然环境,包括湿度、温度、气压、大气污染等的腐蚀作用和对摩擦副的损害作用。
这三种作用往往是协同进行,互为加重,使材料出现腐蚀、摩擦磨损磨蚀、疲劳和腐蚀疲劳,造成材料及其制成品提前失效,引发了种种事故,造成了国家和人民生命财产的重大损失,浪费了资源、能源、污染了环境。
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