Fatigue and Corrosion in Metals

این کتاب درسی، مناسب برای دانشجویان، محققین و مهندسان، تجربه بیش از 20 سال آموزش مکانیک شکست، خستگی و خوردگی را به مهندسان حرفه ای و اجرای آزمایش ها و تأییدهای آزمایشی برای حل مشکلات عملی در کاربردهای مهندسی گردآوری می کند. به این ترتیب، ترکیبی جامع از دانش اساسی و ابزارهای فنی برای رسیدگی به مسائل خستگی و خوردگی است. این کتاب با توصیف سیستماتیک خستگی از دیدگاه پدیدارشناختی آغاز می‌شود، زیرا نشانه‌های اولیه آسیب‌های زیر میکروسکوپی در دانه‌های سطحی کمی دیده می‌شود و به شرح گام به گام ادامه می‌دهد که چگونه این پیش‌سازها از نظر مکانیکی به ترک‌های کوچک و در نهایت به ترک‌های بزرگ تبدیل می‌شوند. رشد توسط مکانیک شکست کنترل می شود. اما مکانیک شکست همچنین برای تحلیل خوردگی تنشی و خستگی ناشی از خوردگی به روشی نسبتاً پیشرفته معرفی شده است. نویسنده توجه خاصی را به خوردگی اختصاص داده است که با یک درمان الکتروشیمیایی شروع می شود که مهندسان مکانیک با دانش نسبتاً محدودی از الکتروشیمی به خوبی بدون هیچ گونه درد هضم می کنند. مقدمه الکتروشیمیایی یک نیاز ضروری برای درک کامل خوردگی است که اساساً یک فرآیند الکتروشیمیایی است. همه جنبه‌های خوردگی تنشی، از فرآیند گسیختگی-انحلال آندی فیلم تعمیم یافته که پایه هر مکانیزم خوردگی است گرفته تا تهاجمی که در آلیاژهای حساس مکانیکی یا حرارتی رخ می‌دهد تا دنیای شکنندگی هیدروژن، که در تمام موارد ممکن توضیح داده شده است، بررسی می‌شوند. حالت های ظاهری خستگی چند محوری و شرایط بارگذاری خارج از فاز به شیوه ای نسبتاً جامع همراه با پیشرفت آسیب و تجمع که فرآیندهای خطی نیستند، درمان می شوند. طیف های بار نیز در حوزه فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه به شیوه ای نسبتاً زیبا و پر از کاربردهایی که به طور کلی در کتاب های درسی خستگی در نظر گرفته نمی شوند، تجزیه و تحلیل می شوند، اما سزاوار جایگاه و توجه ویژه هستند. مسئله خستگی بدون رویکرد احتمالی قابل درمان نیست، مگر اینکه طراح شرم شکست یکی از دو قطعه را بپذیرد. خواننده به طور کامل با امیدوارکننده‌ترین و پیشرفته‌ترین ابزارهای تحلیلی آشنا می‌شود که نیازی به توزیع نرمال یا لگ نرمال داده‌های تجربی ندارند، که رایج‌ترین مورد در خستگی است. اما رویکرد احتمالی همچنین برای معرفی موضوع اساسی حجم فرآیند که پایه هر کاربرد مهندسی خستگی است، از احتمال شکست تا اثر بریدگی، از تغییرپذیری متالورژیکی و اثر اندازه تا اثر نوع بار استفاده می‌شود. فراکتوگرافی نقش اساسی در تجزیه و تحلیل پس از مرگ شکست های خستگی و خوردگی ایفا می کند زیرا می تواند رمز و راز رمزگذاری شده در هر شکست را آشکار کند.

This textbook, suitable for students, researchers and engineers, gathers the experience of more than 20 years of teaching fracture mechanics, fatigue and corrosion to professional engineers and running experimental tests and verifications to solve practical problems in engineering applications. As such, it is a comprehensive blend of fundamental knowledge and technical tools to address the issues of fatigue and corrosion. The book initiates with a systematic description of fatigue from a phenomenological point of view, since the early signs of submicroscopic damage in few surface grains and continues describing, step by step, how these precursors develop to become mechanically small cracks and, eventually, macrocracks whose growth is governed by fracture mechanics. But fracture mechanics is also introduced to analyze stress corrosion and corrosion assisted fatigue in a rather advanced fashion. The author dedicates a particular attention to corrosion starting with an electrochemical treatment that mechanical engineers with a rather limited knowledge of electrochemistry will well digest without any pain. The electrochemical introduction is considered an essential requirement to the full understanding of corrosion that is essentially an electrochemical process. All stress corrosion aspects are treated, from the generalized film rupture-anodic dissolution process that is the base of any corrosion mechanism to the aggression occurring in either mechanically or thermally sensitized alloys up to the universe of hydrogen embrittlement, which is described in all its possible modes of appearance. Multiaxial fatigue and out-of-phase loading conditions are treated in a rather comprehensive manner together with damage progression and accumulation that are not linear processes. Load spectra are analyzed also in the frequency domain using the Fourier transform in a rather elegant fashion full of applications that are generally not considered at all in fatigue textbooks, yet they deserve a special place and attention. The issue of fatigue cannot be treated without a probabilistic approach unless the designer accepts the shame of one-out-of-two pieces failure. The reader is fully introduced to the most promising and advanced analytical tools that do not require a normal or lognormal distribution of the experimental data, which is the most common case in fatigue. But the probabilistic approach is also used to introduce the fundamental issue of process volume that is the base of any engineering application of fatigue, from the probability of failure to the notch effect, from the metallurgical variability and size effect to the load type effect. Fractography plays a fundamental role in the post mortem analysis of fatigue and corrosion failures since it can unveil the mystery encrypted in any failure.