The impact of corrosion-induced micro-cracking on the structural integrity of ultra-thin sheets of aeronautical aluminum alloys 2024 and 2198

Abstract

Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετήθηκε η επίδραση των μικρό-ρηγματώσεων λόγω διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα του πολύ λεπτού (t ≤ 0.4 mm) κράματος αλουμινίου 2024-Τ3. Αρχικά μετρήθηκαν τα βάθη των μικρο-ρωγμών λόγω διάβρωσης μέσω ενός οπτικού μικροσκοπίου φωτός και Ανάλυση Εικόνας και υπολογίστηκε η κατανομή του βάθους των ρωγμών για τους διάφορους χρόνους έκθεσης σε διάβρωση, τόσο για τα δοκίμια που διαβρώθηκαν και στις δύο πλευρές της επιφάνειας διάβρωσης όσο και για αυτά που διαβρώθηκαν μόνο στη μία πλευρά τους. Τα αποτελέσματα για τους διάφορους χρόνους διάβρωσης συσχετίστηκαν με τα ήδη διαθέσιμα αποτελέσματα της ολκιμότητας, προκειμένου να αξιολογηθούν οι επιπτώσεις των μικρο-ρηγματώσεων στον συντελεστή έντασης τάσεων και στην εναπομένουσα ολκιμότητα των δοκιμίων. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τρία μοντέλα υπολογισμού του εναπομείναντος ‘ενεργού πάχους’ (effective thickness), το οποίο αντιπροσωπεύει το εναπομένον πάχος του δοκιμίου έπειτα από την αφαίρεση των προϊόντων διάβρωσης από την επιφάνειά του. Το ‘iso-modulus of elasticity’ μοντέλο παρουσίασε τα καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τις πειραματικές τιμές σε όλες τις περιπτώσεις διάβρωσης. Επιπροσθέτως, η πυκνότητα πιθανότητας του συντελεστή έντασης τάσεων φαίνεται να ακολουθεί την Κανονική κατανομή για μικρούς χρόνους έκθεσης (< 1.33 h) , ενώ για μεγαλύτερες τιμές βάθους ρωγμών ακολουθεί την Κανονική Λογαριθμική κατανομή. Παρατηρήθηκε ότι για τα δοκίμια που διαβρώθηκαν και στις δύο πλευρές τους και έπειτα από μόλις 4 ώρες έκθεσης, η πιθανότητα να ξεπεραστεί η κρίσιμη τιμή του συντελεστή έντασης τάσεων Kth υπερβαίνει το 50%. Στην περίπτωση των μικρών χρόνων έκθεσης, όπου δεν υπάρχει αλλοίωση της επιφάνειας, παρατηρήθηκε σημαντική υποβάθμιση της ολκιμότητας η οποία αποδίδεται στην ψαθυροποίηση λόγω διάχυσης υδρογόνου. Από τα κατά παρεκβολή πειραματικά αποτελέσματα παρατηρήθηκε μια μείωση της ολκιμότητας κατά περίπου 11% και 27% για την διαμήκη (L) και την κάθετη (LT) φορά έλασης αντίστοιχα, που θεωρείται ότι οφείλεται στην ψαθυροποίηση λόγω διάχυσης υδρογόνου. Στην συνέχεια, μελετήθηκε η αντίσταση στη διάβρωση του καινοτόμου κράματος αλουμινίου 2198 έναντι του παραδοσιακού 2024. Δοκίμια του κράματος αλουμινίου 2198 υπεβλήθησαν σε διάλυμα αποφλοίωσης για διαφορετικούς χρόνους και αξιολογήθηκε η υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Παρατηρήθηκε ότι για μικρούς χρόνους έκθεσης σε διάβρωση το κράμα αλουμινίου 2198 διατηρεί μεγαλύτερα ποσοστά των μηχανικών του ιδιοτήτων συγκριτικά με το 2024, ενώ στους μεγάλους χρόνους διάβρωσης παρατηρείται μια απότομη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος αλουμινίου 2198 που φτάνει αυτή του 2024. Τέλος, έγινε σύγκριση του εναπομένον ποσοστού των μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ των δοκιμίων του κράματος αλουμινίου 2198 που διαβρώθηκαν σε όλη την επιφάνεια διάβρωσης και αυτών που διαβρώθηκαν μόνο στις μεγάλες επιφάνειες. Βρέθηκε ότι τα δοκίμια που διαβρώθηκαν μόνο στις μεγάλες επιφάνειες παρουσιάζουν μεγαλύτερο εναπομένον ποσοστό των μηχανικών ιδιοτήτων τους, για τους ίδιους χρόνους διάβρωσης.