Tensocorrosione

Per tensocorrosione (in inglese Stress Corrosion Cracking, SCC) si intende un fenomeno di degrado di un materiale dovuto all'azione combinata di corrosione e applicazione di un carico costante. Spesso conduce a rottura improvvisa e inaspettata di materiali metallici normalmente duttili sottoposti a stress in ambiente corrosivo, specialmente a temperature elevate. La velocità di propagazione della frattura è notevole proprio a causa dell'azione combinata dei due fattori. Lo stress può essere causato da concentrazioni di tensione in zone particolarmente critiche, come bordi di fori o spigoli non sufficientemente raccordati (si parla in tal caso di "effetto intaglio"), oppure da residui di tensione dovuti alla fabbricazione (ad esempio dopo una lavorazione a freddo). L'ultima circostanza può essere ovviata da opportuni trattamenti termici di ricottura.

Metalli sensibili alla tensocorrosione

Alcuni acciai inossidabili austenitici e leghe di alluminio sono sensibili alla tensocorrosione in presenza di cloro, acciai duttili in presenza di alcali e nitrati e carbonati e bicarbonati, leghe di rame in soluzioni ammoniacali, e molti metalli soffrono di questo problema quando in contatto o ricoperti da metalli liquidi vicino al loro punto di fusione (mercurio, gallio e cadmio ad alte temperature). Per questi motivi l'utilizzo di acciai inossidabili per la fabbricazione di contenitori d'acqua, se essa contiene anche poche parti per milione di cloro, è limitato a temperature inferiori ai 50 °C (sotto questa temperatura gli acciai inox austenitici non danno tensocorrosione anche se in presenza di cloroioni).

Ancora più importante è da considerarsi la modalità di rottura di elementi in acciai ad alta resistenza in presenza di tensocorrosione. Essi infatti si comportano in maniera molto fragile in una gran varietà di ambienti acquosi, specialmente contenenti cloro. I metalli detti in queste condizioni presentano propagazione della cricca in zona subcritica: la cricca propaga nonostante ci si trovi ben al di sotto del K_Ic, come mostra la seguente tabella

Lega	KIc MN/m3/2	ambiente	KIscc MN/m3/2
13Cr steel	60	3% NaCl	12
18Cr-8Ni	200	42% MgCl2	10
Cu-30Zn	200	NH4OH, pH7	1
Al-3Mg-7Zn	25	Alogenuri acquosi	5
Ti-6Al-1V	60	0.6M KCl	20

Crescita della frattura

La natura subcritica della propagazione della frattura può essere attribuita all'energia chimica rilasciata nell'atto della propagazione, cioè:

energia elastica rilasciata + energia chimica = energia di superficie + energia di deformazione

La propagazione della frattura inizia ad un K_Iscc minore del K_Ic calcolato in assenza di fenomeni corrosivi, e quindi prosegue ad un tasso di crescita governato dal processo più lento di danneggiamento, fra corrosione e sollecitazione meccanica, che nella maggior parte dei casi è il tempo necessario agli ioni per diffondere fino all'apice della frattura. Dunque, con l'avanzare della cricca, il K, calcolato con la lunghezza della cricca stessa, aumenta fino a raggiungere il K di propagazione K_Ic, e a questo punto si ha una rottura di tipo fragile, dunque improvvisa. La tensocorrosione è insidiosa proprio per questa sua natura imprevedibile. Gli acciai inox, ad esempio, sono impiegati a causa della capacità di "passivare", ovvero di generare uno strato di ossido protettivo sulla superficie che li rende praticamente inerti rispetto all'ambiente esterno. Eppure proprio questa loro caratteristica li rende sensibili a tensocorrosione, a seguito di un danneggiamento dello strato di ossido protettivo, e del susseguente fenomeno di degrado fino alla rottura, mentre il resto del materiale è completamente integro.

Incidenti famosi dovuti a tensocorrosione

Il crollo del Silver Bridge del 1967.

Fenomeni tensocorrosivi hanno causato il catastrofico collasso del Silver Bridge nel dicembre del 1967, quando una trave di sospensione dei cavi cedette, causando il collasso dell'intera struttura in meno di un minuto, uccidendo 46 persone che transitavano con i loro veicoli sul ponte in quel momento. I collegamenti delle travi erano affetti da fenomeni tensocorrosivi, che divennero decisivi con l'introduzione di un carico termico dovuto alla bassa temperatura. Inoltre, la rottura fu favorita dall'alto livello di tensioni residue nella struttura. Questo disastro condusse ad un'analisi approfondita dello stato dei ponti in tutti gli Stati Uniti.

Bibliografia

• Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K, and Gagg, C, Forensic Materials Engineering: Case studies, CRC Press (2004).
• (EN) Joseph R. Davis, Corrosion: understanding the basics, ASM International, 2000, ISBN 0-87170-641-5.

Voci correlate

• Meccanica della frattura
• Corrosione

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Collegamenti esterni

• Tensocorrosione e frattura da tensocorrosione in leghe di alluminio, su key-to-metals.com.