Corrosion-fatigue: a review of damage tolerance models

Abstract

The synergistic combination of mechanical fatigue stresses and environmental agents acting together can be more detrimental than that of the summation of the contributions of each mechanism acting separately. Major attempts to understand the contribution of the different agents (microstructure, chemical composition of environment, temperature, loading conditions, etc.) have been reported in the literature. Nevertheless, current knowledge is insufficient to address life estimation with a sound physical basis from the initiation of localized corrosion (such as pitting) to the estimation of crack propagation. Major simplifications and assumptions have been required in the development of life prediction methodologies. This paper reviews recent effort made by the different interested parties, both in academia and industry, in the development of corrosion fatigue lifetime prediction procedures. The paper mainly focuses on methodologies proposed in the literature for O&G, nuclear, energy generation and aerospace applications, dealing with pitting corrosion-fatigue (CF) damage in aluminium alloys, carbon and stainless steels. The transition of a pit into a small crack and its growth is influenced by interaction of the pit stress/strain concentration and the local environmental conditions, making the modelling of this stages of the utmost complexity. A major trend in the models reviewed in this paper is to simplify the analysis by assuming the pit (a volumetric defect) as a sharp crack, decouple the CF problem and account for the mechanical and environmental contributions separately. These procedures heavily rely on fitting experimental data and exhibit low generality in terms of application to varying system conditions. There is a clear opportunity in this field to develop mechanistically based methodologies, considering the inherent dependence of the damage mechanism on the interaction of environmental, metallurgical and mechanical features, allowing more realistic lifetime estimates and defect tolerance arguments, where pit-to-crack transition and small crack initiation stages pose a significant challenge.

Damage to flexible pipes of coiled tubing equipment due to corrosion and fatigue: methods and approaches for evaluation

“…На завершення слід відзначити, що електрохімічні процеси, які спричиняють реалізацію механізму ло-кального анодного розчинення металу, мають прин-ципово важливе значення для дослідження початко-вих стадій руйнування металевих конструкційних матеріалів, і результатом яких є утворення поверхне-вих тріщиноподібних дефектів (Akid & Miller, 1991;Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017).…”

“…У літературі поширене твердження (Akid & Miller, 1991;Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017), що для металевих полікристалічних матеріалів, тріщина росте з мікроструктурних несуцільностей чи пошко-джень, викликаних механічною обробкою, зразу ж після перших циклів навантаження.…”

“…Відомо ряд моделей Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017), що описують початок вто-много руйнування. В основному вони базуються на експериментальних працях, які розглядали різні ас-пекти проблеми.…”

“…Роль середовища на ранній стадії росту тріщини підтвердили й двоста-дійні випробування, які засвідчили, що усунення середовища після часу, що становить певну частку сподіваної корозійно-втомної довговічності, її сут-тєво не збільшує. Пояснення цих спостережень за-пропонував Акід (Akid & Miller, 1991;Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017), який обґрунтував факт тим, що втомна довговічність визначається просуванням тріщини через домінантний мікроструктурний бар'єр, коли ж довжина тріщини перевищила кри-тичне значення, вплив середовища менш важливий, ніж напруження, які характеризують деформації біля вершини тріщини. Такий висновок отримав експериментальне підтвердження.…”

“…Ріст втомних тріщин є важливим, коли розглядаються ефекти середовища, поки корозійні процеси можуть бути причиною зсунення границі втоми (Akid & Miller, 1991;Larrosa, Akid, & Ainsworth, 2017).…”