Stress corrosion cracking
સ્ટ્રેસ કોરોઝન ક્રેકિંગ (એસ. સી. સી.) એ સડો કરતા વાતાવરણમાં તિરાડોની રચનાની વૃદ્ધિ છે. તે ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને તાણને આધિન સામાન્ય રીતે નરમ ધાતુના મિશ્રધાતુઓની અણધારી અને અચાનક નિષ્ફળતા તરફ દોરી શકે છે. એસ. સી. સી. રાસાયણિક રીતે ખૂબ જ ચોક્કસ છે કારણ કે અમુક મિશ્રધાતુઓ જ્યારે ઓછી સંખ્યામાં રાસાયણિક વાતાવરણના સંપર્કમાં આવે ત્યારે જ એસ. સી. સી. માંથી પસાર થવાની સંભાવના હોય છે. રાસાયણિક વાતાવરણ કે જે આપેલ મિશ્ર ધાતુ માટે એસ. સી. સી. નું કારણ બને છે તે ઘણીવાર તે હોય છે જે ધાતુ માટે માત્ર હળવું સડો કરે છે. તેથી, ગંભીર એસ. સી. સી. ધરાવતા ધાતુના ભાગો સૂક્ષ્મ તિરાડોથી ભરેલા હોય ત્યારે તેજસ્વી અને ચળકતા દેખાઈ શકે છે. આ પરિબળ એસ. સી. સી. માટે નિષ્ફળતા પહેલાં શોધી ન શકાય તે સામાન્ય બનાવે છે. એસ. સી. સી. ઘણીવાર ઝડપથી પ્રગતિ કરે છે, અને શુદ્ધ ધાતુઓ કરતાં મિશ્રધાતુઓમાં વધુ સામાન્ય છે. ચોક્કસ વાતાવરણ નિર્ણાયક મહત્વનું છે, અને આપત્તિજનક તિરાડ પેદા કરવા માટે ચોક્કસ અત્યંત સક્રિય રસાયણોની માત્ર ખૂબ જ ઓછી સાંદ્રતાની જરૂર પડે છે, જે ઘણીવાર વિનાશક અને અનપેક્ષિત નિષ્ફળતા તરફ દોરી જાય છે. તણાવ તણાવની સાંદ્રતાને કારણે ક્રેવિસ લોડનું પરિણામ હોઈ શકે છે, અથવા એસેમ્બલીના પ્રકાર અથવા બનાવટમાંથી શેષ તણાવને કારણે થઈ શકે છે (દા. ત. કોલ્ડ વર્કિંગ); બાકી રહેલા તાણને એનીલિંગ અથવા અન્ય સપાટીની સારવાર દ્વારા રાહત આપી શકાય છે. રાસાયણિક પ્રક્રિયાના ઉપકરણોની અણધારી અને અકાળ નિષ્ફળતા, ઉદાહરણ તરીકે, તણાવના કાટના ક્રેકિંગને કારણે કર્મચારીઓ, સંચાલન સુવિધાઓ અને પર્યાવરણની સલામતીની દ્રષ્ટિએ ગંભીર જોખમ ઊભું કરે છે. આ પ્રકારના ઉપકરણોની વિશ્વસનીયતાને નબળી પાડીને, આવી નિષ્ફળતાઓ ઉત્પાદકતા અને નફાકારકતાને પણ પ્રતિકૂળ અસર કરે છે. મિકેનિઝમ્સ સ્ટ્રેસ કોરોઝન ક્રેકિંગ મુખ્યત્વે ધાતુઓ અને ધાતુના મિશ્રધાતુઓને અસર કરે છે. તુલનાત્મક અસર જેને પર્યાવરણીય તાણ ક્રેકિંગ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે તે પોલિમર, સિરામિક્સ અને કાચ જેવી અન્ય સામગ્રીને પણ અસર કરે છે. ધાતુઓ નીચા pH અને ઓછા લાગુ કરાયેલ રેડૉક્સ પોટેન્શિયલ SCCની પ્રક્રિયા દરમિયાન હાઇડ્રોજનના ઉત્ક્રાંતિ અને સંવર્ધનને સરળ બનાવે છે, આમ SCCની તીવ્રતામાં વધારો થાય છે. અમુક ઑસ્ટેનિટિક સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ અને એલ્યુમિનિયમ એલોય ક્લોરાઇડ્સની હાજરીમાં તૂટી જાય છે. આ ઑસ્ટેનિટિક સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલની ઉપયોગિતાને મર્યાદિત કરે છે, જેમાં ઉપરના તાપમાને ક્લોરાઇડની પ્રતિ મિલિયન સામગ્રીના થોડા ભાગો કરતાં વધુ પાણી હોય છે; આલ્કલીની હાજરીમાં સ્ટીલની હળવી તિરાડો (દા. ત. બોઈલર ક્રેકિંગ અને કોસ્ટિક સ્ટ્રેસ કાટ ક્રેકિંગ) અને નાઇટ્રેટ્સ; કોપર એલોય એમોનિયાકલ સોલ્યુશન્સ (સીઝન ક્રેકિંગ) માં ક્રેક કરે છે; હાઇ-ટેન્સાઇલ સ્ટીલ્સ જલીય વાતાવરણમાં અનપેક્ષિત રીતે બરડ રીતે ક્રેક કરવા માટે જાણીતા છે, ખાસ કરીને જ્યારે ક્લોરાઇડ્સ હાજર હોય. પછીના સંભવિત અપવાદ સાથે, જે હાઇડ્રોજન ક્રેકિંગનું એક વિશેષ ઉદાહરણ છે, અન્ય તમામ સબક્રિટિકલ ક્રેક વૃદ્ધિની ઘટના દર્શાવે છે, એટલે કે. નાની સપાટીની ભૂલો એવી પરિસ્થિતિઓમાં ફેલાય છે (સામાન્ય રીતે સરળતાથી) જ્યાં અસ્થિભંગ મિકેનિક્સ આગાહી કરે છે કે નિષ્ફળતા થવી જોઈએ નહીં. એટલે કે, કાટમાળની હાજરીમાં, તિરાડો વિકસે છે અને ગંભીર તણાવ તીવ્રતા પરિબળ () ની નીચે સારી રીતે પ્રસરે છે. તણાવની તીવ્રતાનું સબક્રિટિકલ મૂલ્ય, તરીકે નિયુક્ત, 1 ટકાથી ઓછું હોઈ શકે છે. પોલિમર એક સમાન પ્રક્રિયા (પર્યાવરણીય તણાવ ક્રેકિંગ) પોલિમરમાં થાય છે, જ્યારે ઉત્પાદનો ચોક્કસ દ્રાવકો અથવા એસિડ અને આલ્કલી જેવા આક્રમક રસાયણોના સંપર્કમાં આવે છે. ધાતુઓની જેમ, હુમલો ચોક્કસ પોલિમર અને ચોક્કસ રસાયણો સુધી મર્યાદિત હોય છે. આમ પોલીકાર્બોનેટ આલ્કલી દ્વારા હુમલો કરવા માટે સંવેદનશીલ હોય છે, પરંતુ એસિડ દ્વારા નહીં. બીજી બાજુ, પોલિએસ્ટર્સ એસિડ દ્વારા સહેલાઈથી અધોગતિ પામે છે, અને SCC એ સંભવિત નિષ્ફળતા પદ્ધતિ છે. પોલિમર પર્યાવરણીય તાણના તિરાડ માટે સંવેદનશીલ હોય છે જ્યાં હુમલો કરનારા એજન્ટો આવશ્યકપણે સામગ્રીને રાસાયણિક રીતે ઘટાડતા નથી. નાયલોન એસિડ દ્વારા અધોગતિ માટે સંવેદનશીલ છે, જે હાઇડ્રોલિસિસ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયા છે, અને જ્યારે મજબૂત એસિડ દ્વારા હુમલો કરવામાં આવે ત્યારે નાયલોન મોલ્ડિંગ્સ તૂટી જશે. ઉદાહરણ તરીકે, ફ્યુઅલ કનેક્ટરની અસ્થિભંગ સપાટીએ એસિડ એટેક (સીએચ) થી પોલિમરના અંતિમ કસ્પ (સી) સુધીની તિરાડની પ્રગતિશીલ વૃદ્ધિ દર્શાવી હતી. આ કિસ્સામાં નિષ્ફળતા કારની બેટરીમાંથી લીક થતા સલ્ફ્યુરિક એસિડના સંપર્ક દ્વારા પોલિમરના હાઇડ્રોલિસિસને કારણે થઈ હતી. અધોગતિ પ્રતિક્રિયા એ પોલિમરની સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાની વિપરીત છેઃ ઓઝોન હુમલા દ્વારા ઘણા જુદા જુદા ઇલાસ્ટોમર્સમાં તિરાડો રચાઈ શકે છે, જે પોલિમરમાં એસસીસીનું બીજું સ્વરૂપ છે. હવામાં વાયુના નાના નિશાન રબરની સાંકળોમાં બેવડા બંધ પર હુમલો કરશે, જેમાં કુદરતી રબર, સ્ટાયરીન-બ્યુટાડાઈન રબર અને નાઇટ્રાઇલ બ્યુટાડાઈન રબર અધોગતિ માટે સૌથી વધુ સંવેદનશીલ છે. તણાવ હેઠળ ઉત્પાદનોમાં ઓઝોનની તિરાડો રચાય છે, પરંતુ ગંભીર તાણ ખૂબ જ નાનો હોય છે. તિરાડો હંમેશા તાણ અક્ષના જમણા ખૂણા પર લક્ષી હોય છે, તેથી તે વળેલી રબરની નળીમાં પરિઘની આસપાસ રચાય છે. જ્યારે ઇંધણની પાઇપમાં આવી તિરાડો થાય છે ત્યારે તે જોખમી હોય છે કારણ કે તિરાડો બહારની ખુલ્લી સપાટીથી પાઇપના બોરમાં વધશે, તેથી ઇંધણનું લિકેજ અને આગ લાગી શકે છે. વલ્કેનાઈઝેશન પહેલાં રબરમાં એન્ટી-ઓઝોનન્ટ્સ ઉમેરીને ઓઝોન ક્રેકિંગને અટકાવી શકાય છે. ઓઝોનની તિરાડો સામાન્ય રીતે ઓટોમોબાઇલ ટાયરની બાજુની દિવાલોમાં જોવા મળતી હતી, પરંતુ હવે આ ઉમેરણોના ઉપયોગને કારણે ભાગ્યે જ જોવા મળે છે. બીજી બાજુ, રબર ટ્યુબિંગ અને સીલ જેવા અસુરક્ષિત ઉત્પાદનોમાં સમસ્યા પુનરાવર્તિત થાય છે. સિરામિક્સ આ અસર સિરામિક્સમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી સામાન્ય છે જે સામાન્ય રીતે રાસાયણિક હુમલા માટે વધુ સ્થિતિસ્થાપક હોય છે. જો કે તણાવ હેઠળ સિરામિક્સમાં તબક્કાના ફેરફારો સામાન્ય છે, આ સામાન્ય રીતે નિષ્ફળતાને બદલે સખત બને છે (ઝિર્કોનિયમ ડાયોક્સાઇડ જુઓ). તાજેતરના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે આ ટફનિંગ મિકેનિઝમ માટે સમાન પ્રેરક બળ ઘટાડેલા સિરિયમ ઓક્સાઇડના ઓક્સિડેશનને પણ વધારી શકે છે, પરિણામે ક્રેકની ધીમી વૃદ્ધિ અને ગાઢ સિરામિક બોડીની સ્વયંસ્ફુરિત નિષ્ફળતા થાય છે. કાચમાં કાચ સબક્રિટિકલ ક્રેકનો પ્રસાર ત્રણ પ્રદેશોમાં થાય છે. પ્રદેશ I માં, કાચ અને પાણી વચ્ચે તણાવ-ઉન્નત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે આસપાસના ભેજ સાથે તિરાડ પ્રસારનો વેગ વધે છે. પ્રદેશ II માં, ક્રેક પ્રસાર વેગ પ્રસરણ નિયંત્રિત છે અને તે દર પર આધારિત છે કે જેના પર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને ક્રેકની ટોચ પર પરિવહન કરી શકાય છે. પ્રદેશ III માં, ક્રેક પ્રસાર તેના પર્યાવરણથી સ્વતંત્ર છે, જે ગંભીર તાણની તીવ્રતા સુધી પહોંચી ગયું છે. પાણી સિવાયના રસાયણો, જેમ કે એમોનિયા, સિલિકા ગ્લાસમાં સબક્રિટિકલ ક્રેક પ્રસારને પ્રેરિત કરી શકે છે, પરંતુ તેમની પાસે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સ્થળ અને પ્રોટોન દાતા સ્થળ હોવું આવશ્યક છે. નિવારણ લેસર પીનિંગ દ્વારા આપવામાં આવતા સંકોચક અવશેષ તાણને સ્થાન અને તીવ્રતા બંનેમાં ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે અને તાણવાળા પ્રદેશોમાં તીવ્ર સંક્રમણોને ઘટાડવા માટે લાગુ કરી શકાય છે. લેસર પીનિંગ પરંપરાગત શોટ પીનિંગ કરતાં 10 થી 20 ગણા ઊંડા ક્રમમાં ઊંડા સંકોચક શેષ તણાવ પ્રદાન કરે છે, જે તેમને એસસીસીને રોકવામાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ફાયદાકારક બનાવે છે. લેસર પીનિંગનો ઉપયોગ એરોસ્પેસ અને વીજ ઉત્પાદન ઉદ્યોગોમાં ગેસથી ચાલતા ટર્બાઇન એન્જિનમાં વ્યાપકપણે થાય છે. સામગ્રીની પસંદગીઃ ચોક્કસ વાતાવરણ માટે યોગ્ય સામગ્રીની પસંદગી એસસીસીને રોકવામાં મદદ કરી શકે છે. કાટ અને તાણના કાટના ક્રેકિંગ સામે વધુ પ્રતિકાર ધરાવતી સામગ્રીનો ઉપયોગ સડો કરતા વાતાવરણમાં થવો જોઈએ. ઉદાહરણ તરીકે, દરિયાઈ વાતાવરણમાં કાર્બન સ્ટીલને બદલે સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલનો ઉપયોગ એસસીસીની શક્યતાને ઘટાડી શકે છે. રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સઃ રક્ષણાત્મક કોટિંગ અથવા અવરોધ લાગુ કરવાથી સડો કરતા પદાર્થોને ધાતુની સપાટીના સંપર્કમાં આવતા અટકાવવામાં મદદ મળી શકે છે, આમ એસ. સી. સી. ની સંભાવના ઘટાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાઇપલાઇનની આંતરિક સપાટી પર ઇપોક્રીસ કોટિંગનો ઉપયોગ કરવાથી એસસીસીની શક્યતા ઓછી થઈ શકે છે. કેથોડિક પ્રોટેક્શનઃ કેથોડિક પ્રોટેક્શન એ એક તકનીક છે જેનો ઉપયોગ ધાતુની સપાટી પર નાના વિદ્યુત પ્રવાહને લાગુ કરીને ધાતુઓને કાટથી બચાવવા માટે થાય છે. આ તકનીક ધાતુની કાટ ક્ષમતા ઘટાડીને એસસીસીને રોકવામાં પણ મદદ કરી શકે છે. પર્યાવરણીય નિયંત્રણઃ ધાતુની આસપાસના વાતાવરણને નિયંત્રિત કરવાથી એસસીસીને રોકવામાં મદદ મળી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પર્યાવરણનું તાપમાન અથવા એસિડિટી ઘટાડવાથી એસસીસીને રોકવામાં મદદ મળી શકે છે. નિરીક્ષણ અને જાળવણીઃ નિયમિત તપાસ અને જાળવણી એસસીસી નિષ્ફળતાનું કારણ બને તે પહેલાં તેને શોધવામાં મદદ કરી શકે છે. આમાં દ્રશ્ય નિરીક્ષણ, બિન-વિનાશક પરીક્ષણ અને પર્યાવરણીય પરિબળોનું નિરીક્ષણ સામેલ છે. નોંધપાત્ર નિષ્ફળતાઓ ટેનેસી ગેસ પાઇપલાઇન સાથે સંકળાયેલી લ્યુઇસિયાનાના નેચિટોચેસની ઉત્તરે આવેલી 32 ઇંચ વ્યાસની ગેસ ટ્રાન્સમિશન પાઇપલાઇન 4 માર્ચ, 1965ના રોજ એસસીસીમાંથી વિસ્ફોટ પામી અને બળીને ખાખ થઈ ગઈ, જેમાં 17 લોકો માર્યા ગયા. ઓછામાં ઓછા 9 અન્ય લોકો ઘાયલ થયા હતા, અને ભંગાણથી 450 ફૂટ દૂર 7 ઘરો નાશ પામ્યા હતા. એસ. સી. સી. એ ડિસેમ્બર 1967માં સિલ્વર બ્રિજનું વિનાશક પતન કર્યું હતું, જ્યારે પશ્ચિમ વર્જિનિયાના પોઇન્ટ પ્લેઝન્ટ ખાતે ઓહિયો નદી પરનો ભમર સસ્પેન્શન બ્રિજ અચાનક નિષ્ફળ ગયો હતો. મુખ્ય સાંકળ સંયુક્ત નિષ્ફળ ગયું અને આખું માળખું નદીમાં પડી ગયું, જેમાં પુલની પાર વાહનોમાં મુસાફરી કરી રહેલા 46 લોકો માર્યા ગયા. ભમરના સાંધામાં કાટ લાગવાથી તાણના કાટની તિરાડ પડી હતી, જે ઉચ્ચ પુલ લોડિંગ અને નીચા તાપમાનના પરિણામે ગંભીર બની હતી. ભમરમાં ઉચ્ચ સ્તરના શેષ તણાવને કારણે નિષ્ફળતા વધી હતી. આ આપત્તિને કારણે પુલોનું રાષ્ટ્રવ્યાપી પુનઃમૂલ્યાંકન થયું હતું. યુ. એસ. એસ. હાર્ટફોર્ડ સબમરીન પેરિસ્કોપઃ 2009માં, યુ. એસ. એસ. હાર્ટફોર્ડ સબમરીનનું પેરિસ્કોપ એસ. સી. સી. ને કારણે નિષ્ફળ ગયું હતું. પેરિસ્કોપનો ઉપયોગ જ્યારે સબમરીન ડૂબી જાય છે ત્યારે સપાટીનું દૃશ્ય પ્રદાન કરવા માટે થાય છે. આ નિષ્ફળતા ત્યારે થઈ જ્યારે પેરિસ્કોપને સબમરીનના હલ દ્વારા લંબાવવામાં આવ્યું હતું, જેના કારણે દરિયાનું પાણી પેરિસ્કોપની સીલમાં પ્રવેશ્યું હતું. દરિયાઈ પાણીને કારણે પેરિસ્કોપના સ્ટીલ આધાર માળખામાં એસ. સી. સી. થયું, જેના કારણે પેરિસ્કોપ ફરીથી સબમરીનમાં પડી ગયું. સદનસીબે, કોઈ ઈજા થઈ ન હતી, પરંતુ સબમરીનને સમારકામ માટે સેવામાંથી બહાર કાઢવી પડી હતી. ટ્રાન્સ-અલાસ્કા પાઇપલાઇનઃ 2001 માં, એસ. સી. સી. ને કારણે ટ્રાન્સ-અલાસ્કા પાઇપલાઇનનો એક વિભાગ નિષ્ફળ ગયો. આ પાઇપલાઇનનો ઉપયોગ અલાસ્કાના ઉત્તર ઢોળાવથી વાલ્ડેઝ મરીન ટર્મિનલ સુધી કાચા તેલના પરિવહન માટે થાય છે. આ નિષ્ફળતા ત્યારે થઈ જ્યારે પાઇપલાઇનનો 34 ફૂટનો ભાગ તૂટી ગયો, જેના કારણે 285,000 ગેલનથી વધુ કાચા તેલનો ફેલાવો થયો. નિષ્ફળતાની તપાસમાં જાણવા મળ્યું હતું કે પાણી અને બેક્ટેરિયાની હાજરીને કારણે એસ. સી. સી. પાઇપલાઇનમાં આવી હતી, જેણે સડો કરતા વાતાવરણનું સર્જન કર્યું હતું. અલોહા એરલાઇન્સ ફ્લાઇટ 243:1988 માં, અલોહા એરલાઇન્સ ફ્લાઇટ 243 એ એસ. સી. સી. ને કારણે આંશિક ફ્યૂઝલેજ નિષ્ફળતાનો અનુભવ કર્યો હતો. બોઇંગ 737-200 વિમાન હિલોથી હોનોલુલુ, હવાઈ જઈ રહ્યું હતું ત્યારે વિમાનના ફ્યૂઝલેજનો એક ભાગ તૂટી ગયો હતો, જેના કારણે ડીકમ્પ્રેશનની ઘટના બની હતી. નિષ્ફળતાની તપાસમાં જાણવા મળ્યું હતું કે વિમાનના વારંવારના દબાણ અને ડિપ્રેસરાઈઝેશન ચક્રને કારણે ફ્યૂઝલેજની એલ્યુમિનિયમ ત્વચામાં એસસીસી થયું હતું. આ ઘટના ભવિષ્યમાં આવી જ નિષ્ફળતાઓને રોકવા માટે વિમાનની જાળવણીની પ્રક્રિયાઓ અને નિરીક્ષણોમાં ફેરફારો તરફ દોરી ગઈ. સંદર્ભ નોંધો સ્ત્રોતો ASM ઇન્ટરનેશનલ, મેટલ્સ હેન્ડબુક (ડેસ્ક એડિશન) પ્રકરણ 32 (નિષ્ફળતા વિશ્લેષણ), અમેરિકન સોસાયટી ફોર મેટલ્સ, (1997) pp 32-24 થી 32-26 ASM હેન્ડબુક વોલ્યુમ 11 "નિષ્ફળતા વિશ્લેષણ અને નિવારણ" (2002) W. R. વાર્કે, અમેરિકન સોસાયટી ઓફ મેટલ્સ દ્વારા સુધારેલ "સ્ટ્રેસ-કોરોઝન ક્રેકિંગ" પણ જુઓ. પૃષ્ઠો 1738-1820 જ્હોન બી. વોચમેન, ડબ્લ્યુ. રોજર કેનન અને એમ. જ્હોન મેથ્યુસન દ્વારા "સિરામિક્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો". પ્રકરણ 8. કાટ ફ્રેક્ચર મિકેનિક્સ ઇજનેરી નિષ્ફળતાઓ સામગ્રીનું અધઃપતન