ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коррозионная усталость металлов из "Коррозия под напряжением" Следующим типом коррозионно-механического разрушения является коррозионная усталость (разрушение металлов и сплавов под совместным воздействием периодического механического нагружения и агрессивных сред). [c.45] Вследствие коррозионной усталости разрушаются гребные винты и валы морских судов, детали самолетов, тепловозов, автомобилей, а также бурильные трубы, лопатки компрессоров и турбин реактивных двигателей, паропроводы, водопроводы и другое оборудование. Этот вид разрушения чрезвычайно распространен и встречается практически во всех отраслях промышленности. [c.45] Срок службы деталей и конструкщ1й при циклических нагружениях снижается под воздействием агрессивных сред. В сравнении с нагружением в сухой воздушной среде синтетическая морская вода (3 %-й раствор КаС1) снижает сопротивление усталости деталей и конструкций во много раз. В кислых средах сопротивление усталости по сравнению с таковым на воздухе может снижаться в десятки раз. [c.45] В процессе коррозионной усталости трещины, с которых начинается разрушение, зарождаются иа поверхности металла в направлении, перпендикулярном к направлению растягивающих напряжений. На поверхности, образовавшейся по месту разрушения, четко просматриваются две зоны зона развития собственно трещины (металл в этой зоне покрыт продуктами коррозии) и зона хрупкого разрушения (долома металла по концентратору напряжений — трещине). [c.46] Развитие ветвления трещины определяется структурой сплава, составом и концентрацией среды. Ветвление трещшш и кинетика ее развития во многом зависят от наличия в стали неметаллических включений. Возникающее вокруг неметаллических включений объемно-напр енное состояние вызывает диффузию компонентов жидкой среды в данную зону металла. Поэтому воздействие агрессивных сред на загрязненную, нерафинированную сталь сильнее, чем на чистый металл. Характерно, что граница металл-включение служит местом скопления дислокаций, вакансий, примесей атомов й тому подобных дефектов, что увеличивает активность центров взаимодействия поверхности металла со средой [30]. [c.46] Особенно сильно снижают коррозионную стойкость сталей включения сульфидов и глинозема. Есть основания полагать, что некоторые неметаллические включения (глинозема, сульфидов, пластичных силикатов) усиливают способность стапей поглощать и удерживать водород. Таким образом, очистка (рафинирование) сталей от неметаллических включений - один из путей повышения ее коррозионно-механической стойкости (31]. [c.47] Существенный вклад в изучение коррозионной усталости внесли советские ученые Н, Д. Томашов [89], Г. В. Карпенко [17, 18], А. В. Рябчёнков [82], В. И. Похмурский [71], О. Н. Рома-нив [22, 79] и др. Немалая роль в изучении этого процесса принадлежит также зарубежным исследователям Мак-Адаму и Эвансу. [c.48] Сопротивление усталости в коррозионных средах существенно зависит от структуры металла. Термодинамически более стойкие структуры (например, перлит-ферритная) выносливее, чем мартенситная структура. Большое влияние на сопротивление усталости оказывают условия нагружения, т. е. уровень нагрузки, а также частота и форма цикла деформирования. [c.48] У Коррозионная усталость может быть двух видов мнргоцик-ловой и малоцикловой. Многоцикловая усталость проявляется при деформировании мета ша в пределах упругих деформаций. Количество щжлов до разрушения образца (детали) обычно в этом случае достаточно велико. Малоцикловая усталость — деформация и разрушение материалов под действием низкочастотных повторных нагрузок высокой интенсивности (материал нагружается уже в зоне пластических деформаций). При таком виде нагружения металл разрушается быстрее и количество циклов до разрушения будет, естественно, меньше (не более 10 ), Малоцикловая усталость наблюдается, например, в момент посадки самолета. [c.48] Критерием сопротивления материала коррозионной усталости служит количество циклов нагружения, которое выдерживает материал до разрушения, шщ же время до разрушения. Одновременно необходимо указывать условия испытания вид нагружения, среду, частоту, величину деформации или велич1шу напряжений. В настоящее время известно большое количество методов и конструкций установок для ист.1таний материалов на коррозионную усталость в различных средах и при различных условиях нагружения [18,71]. [c.48] Микрогеометрия поверхности металла существенно влияет на сопротивление усталости на воздухе (чем чище поверхность, тем выше сопротивление усталости). При коррозионной усталости эта закономерность проявляется значительно меньше. [c.49] Под адсорбционной усталостью понимается усталостное разрушение в слабых поверхностно-активных средах, обнаруженное в 1947 г. Г. В. Карпенко. Он показал, что подобные среды повышают сопротивление усталостному разрушению при высоких амплитудах напряжений и понижают его при относительно малых амплитудах. При высоких амплитудах напряжений в результате снижения поверхностной энергии процесс зарождения дислокаций в теле металла превалирует над процессом их выхода на поверхность, что упрочняет металл. При меньших напряжениях, близких к пределу выносливости, выход дислокаций на поверхность, облегченный адсорбционным снижением поверхностной энергии, превалирует над их зарождением, что приводит к разупрочнению металла [4,18]. [c.49] Величина у слагается из истинной поверхностной энергии 71 (энергии разрыва атомных связей) и Уо (энергии пластической деформации металла в вершине трещины). Для хрупких металлов величина 71 больше, поэтому адсорбционное уменьшение 71 ведет к разупрочнению материала [4]. [c.49] Под водородной усталостью понимается процесс усталостного разрушения в средах, разупрочняющее воздействие которых сводится в основном к водородному охрупчиванию сталей. На-водороживание металла происходит в результате коррозионного процесса с водородной деполяризацией или же при катодной защите конструкции, когда на ее поверхности в результате интенсивного катодного процесса восстанавливается водород. На практике водородная усталость проявляется при катодной защите различных сооружений и конструкций, при использовании деталей, подвергнутых ранее наводороживающей обработке (кислотная очистка травлением, нанесение гальванических покрытий), при зксплуагашш емкостей в газообразных средах, содержащих водород. Водородная усталость реализуется также в кислых средах [17,18]. [c.50] Отмечено, что увеличение содержания углерода в сталях, повышение их метастабильности термообработкой (обработка на мартенсит), а также легирование сталей элементами, ухудшающими подвижность углерода, способствует водородному охрупчиванию. В то же время возможно и водородное упрочнение металлов, обусловленное водородофазовым наклепом. Под последним понимается насыщение гидрообразующих металлов водородом с последующим фазовым Превращением, что приводит к значительному повышению предела прочности. Водородное упрочнение проявляется при Использовании палЛадия, титана и некоторых других металлов [4]. [c.50] Под воздействием агрессивной среды сопротивление усталости растет с увеличением размеров образцов (деталей). Это явление проттопоЛожно испытаниям в атмосфере. Данное явление, установленное впервые Г. В. Карпенко, названо инверсией масштабного фактора [17,18]. [c.51] Сопротивление коррозионной усталости углеродистых и низколегированных сталей в значительной мере определяется их структурой и в меньшей — их химическим составом. Наибольшим сопротивлением усталости обладают в коррозионно-активных средах стали с трооСтитной и сорбитной структурой, наименьшим — с мартенситной с увеличением содержания в стали тлерода до 1 % условный предел вьшосливости в нейтральных средах несколько возрастает [72]. [c.51] Характерно, что с умет.шением уровня приложенных напряжений разупрочняющая роль надреза становится слабее и при очень больших базах испытаний (при малых нагрузках) время до разрушения образцов с надрезом в агрессивной среде может быть даже больше, чем при испытаниях без среды, т. е. на воздухе. Это интересное явление наблюдается только на образцах достаточно большого сечения. На результаты испытаний влияет также и острота надреза чем она больше, тем сильнее выражена концентрация напряжений по месТу надреза. Установлено, что с увеличением остроты надреза разупрочняющее действие коррозионной средь существенно снижается [71,82]. [c.52] В общем, разрущение металла в условиях коррозионно-усталостного нагружения обусловлено как механическим фактором, так и адсорбционным, и коррозионно-электрохимическим воздействием среды. При многоцикловой усталости коррозпон-но-электрохимическое воздействие среды весьма значительно. При малоцикловой усталости, когда нагрузки на материал выше, а время до разрушения — значительно меньше, определяющую роль играют факторы сугубо механические и адсорбционные, а коррозионно-электрохимическое воздействие среды отходит на второй план. [c.53] Вернуться к основной статье