Corrosione sotto sforzo (Stress Corrosion Cracking SCC) · Il processo si svolge secondo tre fasi:...

Corrosione sotto sforzo (Stress Corrosion Cracking SCC)

F. IacovielloUniversità di Cassino- Di.M.S.A.T.

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Francesco Iacoviello Università di Cassino

Corrosione sotto sforzo

La corrosione sotto sforzo è quella modalità di danneggiamento che comporta la rottura fragile del componente per sollecitazioni di trazione piuttosto basse , nel caso in cui il manufatto sia esposto ad alcuni ambienti, anche non particolarmente aggressivi. I principali meccanismi sono:• Scorrimento-dissoluzione: l’avanzamento della cricca avviene grazie ad una dissoluzione anodica estremamente localizzata. Le pareti della cricca sono protette da un film (solitamente ossido) che, a causa della deformazione del metallo, risulta interrotto all’apice della cricca.

• Clivaggio indotto nel film: in questo modello la cricca avanza con velocità molto elevate per distanze piccole (100 nm) grazie alle caratteristiche particolari di un film superficiale che presenta una nanoporosità o una modifica della composizione chimica.

• Infragilimento da idrogeno.



Cricca da tensocorrosione

Strato nanoporoso

Cricca fragile

Arrotondamentoplastico dell’apice Segno di arresto della

cricca (striatura)

Piano di scorrimento attivo

Superficie ricoperta da film di ossido

Piano di scorrimento attivo

Superficie ricoperta da film di ossido

INNESCO PROPAGAZIONE

I fenomeni di corrosione sotto sforzo “classici” (ad esempio ottone in ambienti umidi contenenti ioni ammonio) avvengono per basse sollecitazioni e ad elevate velocità di avanzamento (da 10-9 a 10-6 m/s, ovvero da 0,1 a 100 mm/giorno. La velocità di avanzamento della cricca varia con il KI applicato secondo l’andamento in figura.



Si evidenzia la presenza di un valore di soglia del KI, denominato KISCC, e la velocità di avanzamento nella regione II, praticamente costante.Gli acciai inossidabili austenitici hanno, in ambienti contenenti cloruri a temperatura superiore a quella ambiente, un valore molto basso di KISCC (inferiore ad 1 MPa√m), mentre gli acciai inossidabili austeno-ferritici (duplex) sono caratterizzati da un valore di KISCC da 3 a 10 volte più elevati.

Le rotture per corrosione sotto sforzo sono macroscopicamente fragili. L’analisi al microscopio elettronico a scansione mostra che le cricche possono essere sia intergranulari, che transgranulari con clivaggio.

Frattura intergranulare






Frattura transgranulare


Acciaio duplex con rottura per clivaggio della ferrite e morfologia duttile per l’austenite




Striature in una rottura transgranulare



Le principali variabili metallurgiche nel fenomeno della corrosione sotto sforzo sono:• Composizione della soluzione solida: questo fattore controlla la resistenza alla corrosione sotto sforzo negli ottoni, negli acciai inossidabili austenitici in soluzioni calde contenenti cloruri e nelle leghe di metalli nobili. In tutti questi sistemi la perdita selettiva di elementi di lega domina il meccanismo di SCC. • Segregazione a bordo grano;• Trasformazioni di fase e presenza di zone associate povere di soluto: La presenza di seconde fasi, spesso utilizzate per incrementare il comportamento meccanico della lega, ha una notevole influenza nel caso di infragilimento da idrogeno.• Strutture duplex: la differente composizione chimica delle due fasi presenti (ad esempio austenite e ferrite) comporta differenti valori ottimali del potenziale di SCC (più alto per γ, più basso per α); ciò implica che all’apice della cricca almeno una delle due fasi non si trova in condizioni critiche per la SCC• Lavorazione a freddo: la lavorazione a freddo riduce la duttilità e la tenacità a frattura, ma non necessariamente riduce il KISCC o aumenta la velocità di SCC.



Ci sono almeno 5 condizioni elettrochimiche che possono portare ad un attacco per SCC, a condizione che il materiale si trovi in una condizione metallurgica suscettibile:• Uno stato di imperfetta passività vicino ad una transizione attivo-passivo;• Uno stato di lento attacco localizzato indotto dalla presenza dei cloruri (negli acciai inossidabili, leghe di Al e di Ti);• Uno stato di superfiale impoverimento degli elementi di lega con un conseguente strato di ossido non continuo (ad esempio parecchie leghe a base di Au in molte soluzioni acquose);• La formazione di un film superficiale inusuale (per esempio nitruri che si formano su un acciaio in ammoniaca anidra).• Uno stato attivo in cui si ha la penetrazione di idrogeno (negli acciai altoresistenziali, oppure negli acciai a media resistenza in ambienti contenenti H2S)



Zone di attaccoper SCC



Infragilimentoda

idrogeno





Infragilimento da idrogeno

Viti a testa cilindrica da una valvola a sfera che mostra una frattura da infragilimento da idrogeno. Esposta a condizioni atmosferiche in ambiente marino, si è avuto corrosione e frattura. La vite di sinistra è stata sottoposta ad infragilimento da idrogeno per tutta la sua sezione, mentre la vite di destra ha avuto un innesco dovuto ad infragilimento da idrogeno, seguito da una rottura per sovraccarico. Entrambe le cricche si innescano dalla parte bassa della foto.



Superficie di frattura della vite infragilita da idrogeno osservata al SEM (1000X). La frattura intergranulare e la presenza di cricche secondarie sono caratteristiche dell’infragilimento da idrogeno. La presenza di un attacco da pitting è dovuto alle operazioni di pulizia effettuate con l’obbiettivo di rimuovere l’ossido.



Superficie di frattura di un’ancora per nave in acciaio ad elevato tenore in C, rotta per infragilimento da idrogeno in corrispondenza di una saldatura



Cricche da infragilimento da idrogeno in una saldatura di un’ancora per nave





Deposizione di solidi e corrosione per attacco da idrogeno in un tubo per caldaia in acciaio al carbonio



Foto con contrasto mediante interferenza Nomarski di un acciaio inossidabile 17-4PH ricoperto con carburo di tungsteno sinterizzato. L’infragilimento da idrogeno si è innescato all’interfaccia metallo base-strato di carburo.



Superficie di frattura di una vite a testa cilindrica di durezza HRC 42 con innesco dovuto ad infragilimento da idrogeno . La vite lavorava in aria.



Infragilimento da idrogeno della vite nella foto superiore. Le inclusioni sono particelle di ossidi di alluminio.

L’infragilimento da idrogeno comporta una perdita di proprietàmeccaniche di un metallo che può manifestarsi in modo diverso in relazione alle condizioni ambientali in cui si sviluppa. L’infragilimento da idrogeno può essere classificato in:

• Hydrogen Assisted Cracking• Sulfide Stress Cracking• Hydrogen Blistering• Hydrogen Attack• Stress Corrosion Cracking



Si ha in seguito all’assorbimento dell’idrogeno nel metallo e alla concomitante azione di carichi o tensioni residue. Gli acciai piùresistenti sono quelli più suscettibili. Gli effetti risultano reversibiliSi manifesta con una riduzione di Rm, A% e Z%.Nel caso in cui l’idrogeno è inizialmente presente nel metallo (idrogeno “interno” si parlerà di “frattura differita”. La suscettibilitàalla rottura diminuisce con l’aumento di T e si stabilizza sopra i 70°C.Nel caso in cui l’idrogeno viene assorbito dopo la messa in opera si parlerà di “hydrogen induced cracking” (nel caso di idrogeno gassoso ad alta pressione) o di “stress corrosion cracking” (nel caso di errata protezione catodica).



Hydrogen assisted cracking

Si ha in seguito all’azione combinata di tensione e corrosione in ambiente contenente acido solfidrico. Si manifesta con la frattura fragile del materiale. In presenza di idrogeno solforato penetra una percentuale molto più alta di idrogeno rispetto ad ambienti debolmente acidi per effetto catalitico del solfuro di ferro.Fe + H2S → FeS + 2HadsLa riduzione del pH aumenta la velocità di rottura, mentre l’incremento di temperatura la ritarda.Si ha nell’industria petrolifera, nell’estrazione e nel trasporto di gas e petrolio greggio, e nelle successive fasi di raffinazione.La frattura è spesso transgranulare con clivaggio.



Sulfide Stress Cracking

Si ha in seguito alla ricombinazione degli atomi di idrogeno assorbiti in corrispondenza di discontinuità come inclusioni, con formazione di H2 molecolare ad elevata pressione e conseguente delaminazione. Si manifesta nei serbatoi di stoccaggio di gas e di petrolio, nei reattori, nei processi di raffinazione, nelle tubazioni saldate (a contatto con miscele contenenti acido solfidrico).Si ha un insieme di fratture interne nelle quali cricche che si propagano lungo i piani di laminazione si uniscono a cricche trasversali.



Hydrogen Blistering

Hydrogen AttackSi manifesta con una decarburazione locale dell’acciaio, con perdita della resistenza dovuta ai carburi o formazione di cricche per l’azione del metano sotto pressione a bordo grano. Si può avere una diminuzione del 60% di Rm e del 30% della duttilità.A T>220°C si possono avere reazioni di decarburazione tipo:

Fe3C + 2H2 → 3Fe + CH4(gas)

La soluzione del problema consiste nell’impiego di acciai bassolegati contenenti elementi suscettibili di formare carburi (Cr, Mo, Nb).



Stress Corrosion CrackingSi ha nel caso di ambiente aggressivo in presenza di sollecitazioni di trazione. Il processo si svolge secondo tre fasi:• sviluppo della reazione di riduzione degli ioni idrogeno all’apice della cricca• assorbimento localizzato dell’idrogeno• Infragilimento del metallo con formazione di fasi martensitichefragili



L’idrogeno può penetrare nel metallo sia durante l’elaborazione, sia durante la posa in opera di una struttura metallica, sia durante il suo utilizzo. I quattro stadi fondamentali per analizzare il problema sono:

• La penetrazione dell’idrogeno nel metallo• La sua diffusione• Il suo intrappolamento• L’infragilimento



La penetrazione dell’idrogeno nel metalloVerranno qui ricordati i meccanismi di penetrazione in ambiente liquido (idrogeno catodico) e ambiente gassoso idrogenato.Per il momento è sufficiente conoscere i meccanismi di scarica elettrochimica del protone, scrivendo la semireazione catodica:H+ + e- → Hads (reazione di Volmer)L’atomo di idrogeno adsorbito sulla superficie penetra nel metallo secondo la reazione elementare di penetrazione:Hads → Habs

Quest’ultima reazione è in concorrenza alle reazioni di ricombinazione della molecola di idrogeno che avvengono secondo due meccanismi:Meccanismo elettrochimico:Hads + H+ + e- → H2 (meccanismo di Heyrovsky)Meccanismo fisico-chimico:Hads + Hads → H2 (meccanismo di Tafel)



La penetrazione dell’idrogeno nel metalloL’idrogeno gassoso ha una concentrazione CH nel gas proporzionale alla radice quadrata della sua pressione parziale:

CH = k (PH2)1/2 (legge di Sievert)

Inoltre, la solubilitàdell’idrogeno nel metallo aumenta con la temperatura, in assenza di trasformazioni di struttura. La penetrazione dell’idrogeno gassoso nel metallo è un processo che necessita di pressioni elevate



Comportamento dell’idrogeno nel metallo: interazione metallo-idrogeno

• Idrogeno molecolare• Idruri• Metano (CH4)• Protone schermato

La diffusione dell’idrogeno nel metalloSe si considera l’idrogeno in un metallo non sollecitato avente una temperatura costante e uniforme, la diffusione degli atomi di idrogeno potrà essere descritta dalle leggi di Fick:

J = -D grad CH∂CH∂t = D ΔCH

(1° legge di Fick)

(2° legge di Fick)

J = vettore flusso d’idrogenoCH(x,y,z,t) = concentrazione in idrogenoD = coefficiente di diffusione



La diffusione dell’idrogeno nel metalloGli sforzi (esterni od interni) influiscono sulla concentrazione del metallo. Un campo uniforme di sforzi elastici aumenta la solubilità dell’idrogeno secondo la :

Cσ = C0 exp (σ V/ RT) relazione di BeckC0 = concentrazione di idrogeno in assenza di sforziσ = sforzo uniformeCσ = concentrazione di idrogeno in presenza dello sforzo σV = volume molare parziale di idrogeno

Da ricordare che uno sforzo elastico uniforme non ha nessuna influenza sul coefficiente di diffusione.La presenza di un gradiente degli sforzi (all’apice di cricche, in corrispondenza di inclusioni tipo solfuri, in corrispondenza di dislocazioni mobili) può aumentare il flusso di idrogeno nel metallo. Nelle regioni ad elevata triassialità degli sforzi, il potenziale chimico dell’idrogeno è basso e questo implica un aumento della concentrazione CH.



La diffusione dell’idrogeno nel metalloIl coefficiente di diffusione, come la solubilità, varia in funzione della temperatura secondo la:

D = D0 exp (-Q/RT)(legge d’Arrhenius)

D0 = fattore di frequenzaQ = energia di attivazione



1000 / T [°K -1]

10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 6001.E -10

1.E -09

1.E -08

1.E -07

1.E -06

1.E -05

1.E -04

1.E -031234

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-9

10-10

DH

[cm

2 s-1]

Temperature [°C]

Ferritic materials

Duplex stainless steel

Austeniticmaterials

La diffusione dell’idrogeno nel metalloLa diffusione interstiziale non è il solo modo di trasporto dell’idrogeno nel metallo. Sono noti due altri meccanismi:

• Il trasporto mediante dislocazioni mobili:

• Il “corto circuito” di diffusione

Si ha nel caso di una deformazione plastica locale (ad esempio all’apice di una cricca). L’idrogeno resta attaccato alla dislocazione mobile e si muove con essa. In una struttura ccc questo meccanismo comporta una velocità di trasporto fino a 104 volte superiore a quello per diffusione interstiziale

Questi sono dei siti del reticolo dove la diffusione è più rapida (i bordi grano in un acciaio austenitico, la ferrite in una struttura austeno-ferritica…)



Intrappolamento dell’idrogenoNel caso di metalli incruditi, legati o microlegati, la diffusione dell’idrogeno non è più omogenea all’interno del reticolo del metallo. L’idrogeno può essere catturato da un difetto del reticolo denominato TRAPPOLA. I differenti tipi di trappole sono:

Forza che agisce sull’atomo di idrogeno

Esistenza di perturbazioni fisiche del reticolo

Trappola attrattativa (di tipo elettronico, sforzo, variazione locale di temperatura)

Trappola fisica (interfacce particelle-reticolo, bordi grano di tipo incoerente)

Trappola mista (dislocazioni mobili)



Intrappolamento dell’idrogenoClassificazione delle trappole negli acciai ferritici

Tipo di trappola Esempio Energia di Carattere a attivazione (eV) T ambiente

Siti di diffusione 0.08 reversibile

Trappole atomiche Ni 0.08 reversibileCe 0.16 La 0.98 irreversibile

Trappole dislocazioni 0.31-0.35 reversibile unidimensionali giunti tripli 0.8 prob.irr.

Trappole Interfaccebidimensionali matr.-partic.

TiC 0.8-0.9 irreversibileFe3C 0.7-0.8 mista

bordo grano 0.3-0.6 mista

Trappole cavità 0.3 mista tridimensionali



Infragilimento da idrogeno: teoria della pressione interna

L’infragilimento da idrogeno viene legato alla formazione di idrogeno molecolaread alta pressione (106-108 atmosfere) all’interno di cavità nel metallo. L’avanzamento delle cricche è possibile nel caso in cui la pressione raggiunge un valore critico pari a :

P = 2 G γsπ (1-ν) l{ }1/2

(Criterio di Griffith)

G = modulo di taglioν = coefficiente di Poissonγs = energia di superficiel = lunghezza della cricca



Infragilimento da idrogeno: teoria della decoesione del metallo

Questo modello lega l’infragilimento da idrogeno non piùall’adsorbimento ma all’assorbimento dell’idrogeno che diminuisce l’energia coesiva del metallo. In tale caso l’idrogeno si accumula nelle zone di triassialità degli sforzi all’apice della cricca, per esempio nelle zone di deformazione plastica. L’accumulo di idrogeno assorbito diminuisce l’energia di coesione del reticolo, permettendo l’avanzamento della cricca

Nessun modello può spiegare da solo la totalità dei casi di infragilimento da idrogeno. Questi modelli permettono di evidenziare d’un lato il concetto di accumulo di idrogeno e la nozione di intrappolamento, e dall’altro il concetto di quantitàminima d’idrogeno necessaria per innescare e propagare una cricca, ovvero il concetto di concentrazione critica CK.



Intrappolamento e infragilimento da idrogeno

CH < CK niente cricca in assenza di idrogeno la forza di coesione è superiore alla sommatoria degli sforzi residui ed applicati

CH > CK innesco e propagazionein presenza di idrogeno possono intervenire diversi meccanismi:• le forze di coesione diminuiscono• una pressione di idrogeno si può formare in una eventuale microcavità



Intrappolamento e infragilimento da idrogenoQuesto meccanismo permette di ipotizzare dei metodi con i quali diminuire o evitare i rischi di infragilimento da idrogeno:• aumentare il valore di CK su tutti i difetti• diminuire il valore di CH nei difetti

CK dipende dalla geometria e dalla forma del difetto, dalla microstruttura, dalla direzione di applicazione del carico, dalla presenza di impurezze (Sn, P…) CH di una trappola dipende dal tempo, dalla temperatura, dal tipo di sorgente di idrogeno (interna oppure esterna), dalla natura della trappola (fisica o chimica), dalla presenza o meno di un campo di sollecitazioni, dalla velocità di spostamento delle dislocazioni mobili (legata alla velocità di deformazione plastica)



Questi metodi possono essere classificati in due gruppi: • Metodi di studio dell’intrappolamento e di stima delle concentrazioni critiche• Metodi meccanici di valutazione e di stima dell’infragilimento

Analisi dell’intrappolamento e stima delle concentrazioni critiche:• Metodo autoradiografico basato su l’analisi della distribuzione del trizio (emettitore β) caricato catodicamente.• Analisi mediante raggi X (permette di rilevare la presenza di idruri o la deformazione del reticolo con conseguenti possibili trasformazioni di fase)• Analisi del degasaggio di un campione preventivamente caricato (per ottenere la stima dell’energia di intrappolamento)• Misure di permeazione



Permeazione di un metallo all’idrogenoΦ = permeazione = D (C1 - C2)/eD = coefficiente di diffusione dell’idrogenoC1, C2 = concentrazione dell’idrogeno sulle superfici di ingresso e di uscita e = spessore della lamina considerataEsistono due metodi per rilevare la variazione di Φ con il tempo:• Metodo di Barrer (detto del “time lag, τ”)• Metodo di Devanathan e Stachurski

Metodo di Barrer:per pressioni molto basse (≅ 10-5 Pa) si registra la variazione di PH2 in funzione del tempo. L’estrapolazione della parte lineare fino a intersecare l’asse dei tempi determina il valore di t che può essere legato al coefficienti di diffusione secondo la relazione D= e2/6τ .



Metodo di Devanathan e Stachursky:utilizzato nel caso di idrogeno catodico, consiste nella misura della variazione della corrente d’ossidazione di atomi di idrogeno con il tempo. La figura mostra l’evoluzione di Φ/Φ∞ con il tempo t, ove Φ∞ è il valore di Φ in condizioni stazionarie. Nel caso in cui Φ/Φ∞= 0.63, t = e2/6D. Se si effettua un degasaggio seguito da un nuovo caricamento si possono ottenere ulteriori informazioni.



Permeazione di un metallo all’idrogenoτ1 = t necessario per raggiungere il valore di Φ/Φ∞= 0.63 durante il primo caricamentoτ0 = t necessario per raggiungere il valore di Φ/Φ∞= 0.63 durante il primo degasaggioτ2 = t necessario per raggiungere il valore di Φ/Φ∞= 0.63 durante il secondo caricamento



Sorgenti di idrogeno negli acciai• Formazione di atomi di idrogeno nel sistema Fe-acqua secondo la reazione d’equilibrio: X Fe + Y H2O FexOy + 2 Y H+ + 2 e-

• Sotto protezione catodica (o caricamento catodico per simulare questa protezione): H+ + e- H(ads) , 2 H(ads) H2• La decarburazione dell’acciaio ad alta temperatura (>200°C) esposto all’idrogeno ad alta pressione provoca la formazione di bolle di metano:Fe3C 3Fe + C (sol. solida) C + 2 H2 CH4

Il metano forma delle trappole energeticamente profonde e si localizza ai bordi grano.



Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno.

• Applicazione dei concetti della meccanica della frattura su provini intagliati e precriccati sottoposti a sollecitazioni statiche;

• Applicazione di una velocità di deformazione costante, ma lenta, su provini lisci oppure precriccati;

• Applicare su un disco del metallo da analizzare una pressione di idrogeno sia costante sia crescente;

• Prove basate sui concetti di concentrazione critica di idrogeno e sul meccanismo di drenaggio svolto dalle dislocazioni mobili rispetto all’idrogeno; si tratta di prove simili a quelle svolte in ambiente inerte.



Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno:prove a carico o deformazione costanti - impiego di provini non intagliati

Esiste un valore di soglia σH per il quale il tempo a rottura è molto lungo. Tale valore aumenta con la diminuzione di CH.



Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno: prove a carico o deformazione costanti - impiego di provini intagliati e precriccatiPermettono di eliminare le incertezze sulla misura del periodo di innesco e sulla conoscenza dello stato tensionale all’apice della cricca. Si impiegano provini caricato sia con idrogeno interno che esterno.



Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno: prove a carico o deformazione variabili - impiego di provini non intagliati

Queste prove vengono effettuate a velocità di deformazione costante, ma lente. La dispersione dei risultati è ridotta. Dalle curve ottenute si possono considerare le variazioni del limite di elasticità, la deformazione a rottura, la resistenza a rottura etc.

Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno: prove a carico o deformazione variabili - impiego di provini intagliati e precriccati

In questo caso risulta difficile parlare di una velocità di deformazione costante, e si impone un aumento di K pari a 3 MPa m1/2 s-1, piuttosto elevata nel caso di idrogeno esterno



Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno: prove di propagazione di cricche di fatica

Schema di montaggio per il caricamento catodico durante le prove di propagazione in condizioni di fatica corrosione



In condizioni di caricamento catodico di idrogeno

Metodi di prova per lo studio dell’infragilimento da idrogeno: prove di propagazione di cricche di fatica

In aria



Resistenza alla propagazione di cricche di fatica in aria ed in condizioni di caricamento catodico di idrogeno di un acciai

inossidabile austeno-ferritico (duplex) 22 Cr 5 Ni























Recupero delle proprietà meccaniche dopo infragilimento da idrogeno di un acciaio inossidabile duplex a 200°C



0

10

20

30

40

50

107

106

105

104

1032

101

100 0

10

20

30

600

700

800

900

[MPa]R

Q H[ppm]

ε %mε %m

Q H

m

Rm

Durata del degasaggio [s]10

1 2 3 4

Prove meccaniche inambiente aggressivo





Prove meccaniche in ambiente aggressivo





Per analizzare la resistenza alla corrosione sotto sforzo (SCC ) di una lega non è sufficiente conoscere separatamente la sua resistenza alla corrosione o la sua resistenza meccanica, in quanto la SCC è un fenomeno sinergico. Gli effetti delle condizioni elettrochimicheapplicate e delle sollecitazioni meccaniche si amplificano reciprocamente e tendono ad accelerare la propagazione della cricca, o comunque ad innescare il danneggiamento anche in condizioni in cui la sola sollecitazione o il solo ambiente aggressivo sono inoffensivi.Si possono seguire due differenti approcci:• provocare l’innesco e/o la propagazione della cricca fino alla rottura totale del pezzo o della provetta in studio;• analizzare un processo particolare; in tal caso la scelta dellecondizioni di prova saranno estremamente importanti.



Nel caso in cui una lega sia sensibile al processo di SCC, si dovràtenere in considerazione:• Struttura e microstruttura• condizioni elettrochimiche (potenziale, pH, condizioni di passivazione…)• Modalità di sollecitazione ed analisi degli sforzi residui

Le prove che possono essere eseguite possono essere classificate in funzione del tipo di sollecitazione applicata. Ricordando che, secondo la meccanica della frattura le modalità di sollecitazione rispetto al piano della cricca sono fondamentalmente 3 (modi I, II e III), le prove di SCC saranno classificate in funzione del parametro tenuto costante:• deformazione;• sforzo nominale;• velocità di deformazione.



Prove a deformazione imposta• Deformazione a trazione: vengono utilizzati dei fili o delle provette cilindriche; il calcolo della sollecitazione iniziale è semplice, ma, una volta innescata la cricca, la sezione efficace varia, ed ènecessario calcolare l’intensità dello sforzo locale, cosa piuttosto delicata; si preferisce utilizzare delle prove di flessione.• Deformazione a flessione: alcuni tipi di provette necessitano di una “messa in forma”; in tal caso sarànecessario tenere conto di uno sforzo dovuto all’incrudimento del materiale



Provette con messa in forma

Provette senza messa in forma

Prove a deformazione imposta

• Provette precriccate: applicando i concetti di Meccanica della Frattura, nota l’apertura dell’intaglio, si ottiene il fattore di intensificazione degli sforzi all’apice della cricca



arresto

Prove a carico totale imposto• Provette lisce: il carico applicato è di trazione; appena una cricca si innesca o propaga, la sezione utile diminuisce e, localmente, l’intensità dello sforzo cresce all’apice della cricca. Ai fini di minimizzare gli effetti della superficie, e conveniente non avere un rapporto volume/superficie troppo piccolo, evitando quindi fili troppo fini. • Provette criccate: Si utilizzano delle provette intagliate e precriccate, in modo da analizzare il comportamento del metallo in presenza di una sola cricca; la misura della lunghezza della cricca nel tempo permette di valutare l’evoluzione del fattore di intensificazione degli sforzi



Provino di trazione intagliato

Provino di flessione ASTM Provino CT (Compact type)

Zona 1

Zona 2

TranspassivitàPassività

Attività

Immunità

V

Log I

Condizioni elettrochimicheLa scelta dell’ambiente e delle condizioni elettrochimiche è certamente essenziale per la caratterizzazione della resistenza alla SCC di una lega. Due scelte sono possibili:• Tentare di riprodurre l’ambiente e le condizioni all’interno delle quali il manufatto viene ad essere esercito; in questo caso si è più vicini alle reali condizioni di utilizzo del metallo, ma le prove saranno lunghe e costose.• Tentare di dedurre mediante condizioni considerate più severe ma standardizzate, la resistenza alla SCC del metallo. Ad esempio esiste una composizione chimica dell’acqua di mare standard (ASTM D-1141-52).



Condizioni elettrochimicheOltre alla composizione chimica della soluzione ed al suo pH, si deve scegliere, e controllare, il potenziale al quale far svolgere la prova. Si possono svolgere le prove:• A potenziale libero, misurandolo durante lo sviluppo della prova; sono prove tipicamente molto lunghe;•A potenziale imposto, dove si effettuerà la prova nelle condizioni elettrochimiche per le quali la lega èsensibile alla SCC; dalla conoscenza delle curve di polarizzazione metallo/ambiente si possono mettere in evidenza tre differenti zone:

- Potenziali fortemente catodici, ove l’idrolisi dell’ambiente comporta la formazione di idrogeno ed il conseguente infragilimento da idrogeno;- Potenziali di transizione attivo/passivo (Zona 1), dove le deformazioni meccaniche imposte possono destabilizzare localmente il film passivante;- Potenziali nella zona di vaiolatura (Zona 2), ove il film passivo è localmente rotto da vaioli.



Zona 1

Zona 2

TranspassivitàPassività

Attività

Immunità

V

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