ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коррозионная усталость из "Коррозия и окисление металлов (перевод с англ)" Коррозионное растрескивание и коррозионная усталость. Явление коррозионного растрескивания, связанное с непрерывным одновременным действием растягивающего усилия и коррозионной среды, наблюдается лишь у некоторых материалов, причем обычно у сплавов, подвергавшихся неправильной термической обработке. Коррозионная же усталость, связанная с одновременным действием знакопеременного или пульсирующего напряжения и коррозионной среды, может иметь место почти в любом материале, подверженном коррозии. Иногда считают, что эти два вида сопр яженного действия напряжения и коррозионной среды отличаются между собой по характеру получающегося излома, т. е., что коррозионное растрескивание имеет межкристаллитный характер, а разрушение от коррозионной усталости — транскристаллитный. Но это не всегда справедливо в случае магниевых сплавов, а также нержавеющих сталей в концентрированном растворе хлористого магния коррозионное растрескивание преимущественно имеет транскристаллитный характер (хотя в первом случае после некоторых режцмов термообработки оно может быть межкристаллитным, а во втором — на небольшой части пути трещины могут следовать по границам зерен). Коррозионная же усталость свинца, по-видимому, имеет межкристаллитный характер. Даже у стали, хотя трещины в ней преимущественно проходят внутри кристаллитов, на небольшом отрезке пути они могут идти по границам зерен это имеет место, если границы зерен находятся на пути развития трещин [1 ]. [c.644] Различие между коррозионным растрескиванием и коррозионной усталостью не такое резкое, как иногда считают. В практических условиях напряжение часто колеблется около такого среднего значения, которое не равно нулю поэтому в заводских лабораториях коррозионные испытания иногда производятся именно при таких условиях действия напряжения. Эти условия эквивалентны симметричному знакопеременному напряжению, на которое наложено постоянное растягивающее напряжение, здесь мы имеем промежуточный случай между коррозионной усталостью и коррозионным растрескиванием. [c.644] Разрушение при знакопеременном напряжении в присутствии и в отсутствие коррозионного воздействия. [c.645] Вполне вероятно, что во многих случаях результаты будут отрицательными, т. е. покажут отсутствие у некоторых цветных металлов предела усталости, даже если никакого коррозионного воздействия на металл нет дальнейшая работа может также показать, что и в случае железных сплавов, у которых, как в настоящее время обычно считают, предел усталости существует, он представляет собой просто границу той области напряжений, ниже которой время, требующееся для разрушения, настолько велико, что считаться с возможностью разрушения излишне. В тех случаях, когда предел усталости не существует (сюда входят все случаи коррозионной усталости), удобно говорить о пределе выносливости — максимальном циклическом напряжении, которое материал может выдержать, не разрушаясь в течение определенного числа циклов это число всегда должно оговариваться иногда в качестве стандартной продолжительности испытания принимают 5 X 10 циклов. [c.646] Гоу и Сопвис показали, что при испытаниях в условиях вакуума или атмосферы инертного газа, когда влияние коррозионной среды сведено до минимума, пределы выносливости больше, чем при испытаниях в атмосфере воздуха в случае латуни типа 70/30 в условиях неполного вакуума этот предел был выше на 26%. [c.646] В работе Томпсона было обнаружено, что сопротивление усталости меди увеличивается, если испытания проводятся в атмосфере азота, а в исследованиях Уодсворса наблюдалось большое увеличение этого сопротивления при испытаниях в условиях высокого вакуума [31. [c.646] Однако следует отметить, что образцы меди и некоторых ее сплавов, смачиваемые водой, иногда лучше сопротивляются усталости, чем образцы, испытываемые на воздухе, несмотря на вероятность коррозии мокрого образца в таких условиях. Это явление наблюдалось несколькими исследователями. Объяснить его можно просто тем, что вода охлаждает образец благоприятное влияние воды наблюдается главным образом при высоких напряжениях, т. е., когда время до усталостного разрушения было бы в любом случае слишком непродолжительным, чтобы коррозия могла сильно повлиять на результаты испытания. На титане, обладающем высокой стойкостью к коррозионной усталости, наблюдается аналогичный эффект кривая, полученная при испытаниях в дистиллированной воде, лежит выше кривой, полученной при испытаниях на воздухе. Это,по-видимому, объясняется охлаждением образцов водой [4]. [c.646] Механизм усталости в отсутствие коррозионной среды. Если образец с плоской поверхностью подвергнуть действию небольшого растягивающего напряжения, то деформация произойдет путем скольжения плоскостей (стр. 344), причем скольжение внутри какого-нибудь зерна может создать то, что выглядит при небольшом увеличении под микроскопом в виде отдельного выступа, в электронном же микроскопе видна серия очень маленьких ступенек, расположенных близко друг к другу (фиг. 109) [5]. [c.646] ЧТО если процесс выдавливания ограничен несколькими участками, на которых имеет место разупрочнение, то скорость выдавливания при прочих равных условиях, должна быть значительно большей [7]. [c.649] Механизм коррозионной усталости. Особое значение придается тому факту, что коррозия в металле с неупорядоченной структурой происходит быстрее, чем в металле с идеальной структурой коррозия также более быстро происходит при повышенных температурах, чем при низких. Можно утверждать с очень большой долей вероятности, что в процессе уставания на плоскостях скольжения должны иметься и неупорядоченная структура, и высокая температура. Неудивительно, что в области напряжений, вызывающих в отсутствие коррозионной среды практически только упругую деформацию, при наличии коррозионного воздействия, разрушающего блокирующий материал, движение в противоположных направлениях продолжается, приводя, в конце концов, к образованию трещин. В противном случае блокирующий материал тормозил бы скольжение и вместо него имела бы место упругая деформация. [c.649] Таким образом, коррозионная усталость может быть связана или с неупорядоченностью структуры материала, создаваемой циклическим напряжением, или с быстрым относительным движением атомов (которое при условии беспорядочности движения, может рассматриваться просто как местное повышение температуры но оно может способствовать воздействию еще сильнее, если ускорение движения происходит преимущественно в определенных направлениях). [c.649] Различие между этими двумя теориями носит принципиальный характер. [c.649] По первой теории — преимущественное протекание коррозии в определенных зонах металла связывается с потенциальной энергией, а по второй — с кинетической энергией. Чтобы разобраться в этих вопросах, Уитвам провел исследование на двух сериях образцов. Одна серия была подвергнута последовательно двум испытаниям сначала на усталость в отсутствие коррозионной среды, а затем в условиях воздействия коррозионной среды. Вторая серия образцов подвергалась испытанию только в условиях воздействия коррозионной среды, минуя первую стадию (усталость без коррозионного воздействия). Если бы основной причиной являлось наличие неупорядоченной структуры в металле, то у первой серии образцов потребовалось бы значительно меньшее время до разрушения, чем у образцов второй серии. В действительности же существенного различия не было обнаружено и можно было сделать вывод, что сокращение времени до разрушения имеет место в том случае, когда химическое воздействие происходит одновременно с действием переменного напряжения [8]. [c.649] Усталость в отсутствие коррозионного воздействия вызывает образование единичных трещин, большей частью транскристаллитных на нетравленой поверхности их толщина очень незначительна, а на травленой они становятся широкими, так как травлению подвергается и смежный деформированный материал (плоскости скольжения) трещины остроконечные. [c.649] Коррозионная усталость создает трещины в большинстве случаев транс-кристаллитные обычно возникают семейства трещин. По мере развития процесса они растут вширь, часто разветвляясь. [c.649] Явление коррозионной усталости обнаружил во время первой мировой войны Хэй, пытаясь дать объяснение частым случаям выхода из строя буксирных тросов подводных тралов, которые, находясь в морской воде, непрерывно подвергались вибрации [11 ]. Между 1926 и 1930 гг. (время от времени и после этого) Мак-Адам на Военно-морской инженерной экспериментальной станции Соединенных Штатов Америки провел серию исследований по этому вопросу хороший обзор этих исследований составили Гоу и Дорей [12]. Работы Мак-Адама показали опасность применения некоторых легированных сталей взамен углеродистых в условиях воздействия переменных напряжений, если нет уверенности, что эти стали надежно защищены от коррозии. Хорошо известно, что введением легирующих добавок можно добиться большого увеличения прочности легирование также значительно улучшает сопротивление усталости в отсутствие коррозионной среды, однако в отношении коррозионной усталости большинство легированных сталей ведет себя не лучше, а иногда даже хуже, чем малоуглеродистая сталь. [c.651] Например, сравнение стали, содержащей 1,5% Ni, 0,73% Сг и 0,28% С, с простой углеродистой сталью, содержащей 0,16% углерода (закаленной и отпущенной), показывает, что пределы прочности у них соответственно равны 96,1 и 45,4 кг мм , тогда как при испытании на усталость в отсутствие коррозионной среды при базе в 5 X 10 циклов разрушающие напряжения равнялись +47,0 и +24,8 кг/мм . Таким образом, в обоих случаях, введение легирующих добавок увеличивает прочность примерно в 2 раза. Однако при аналогичных испытаниях в пресной воде усталостное разрушение происходит при напряжениях +11,6 и +13,8 кг1мм соответственно, т. е. легированная сталь несколько уступает углеродистой в морской воде значения выносливости равны 6,2 и 9,6 кг1мм . Эти, а также другие измерения показывают, что легирование, обеспечивающее высокую механическую прочность, может оказаться несостоятельным в отношении выносливости против коррозионной усталости. [c.651] Однако, лучшие результаты могут быть получены на материалах, обла-даюш,их стойкостью против коррозии в отсутствие напряжения. Нержавею-ш,ая сталь с 14% Сг (нержавеюш,ая ножевая сталь), у которой предел прочности и предел усталости в отсутствие коррозионного воздействия ниже, чем у только что упоминавшейся легированной стали, — значительно более стойка против коррозионной усталости цикличное напряжение, при котором сталь с 14% хрома разрушается (при вышеупомянутом числе циклов) как в пресной, так и в морской воде равняется 24,8 кг1мм , у монель-металл эти напряжения равны 18 кг1мм в пресной и 19,4 кг/мм в морской воде. Вызывает удивление, что в морской воде сопротивление коррозионной усталости выше, чем в пресной. [c.652] Одним из интересных выводов, вытекающих из работы Мак-Адама, является связь между точечной коррозией и растрескиванием. Во многих из своих опытов Мак-Адам пользовался пресной водой в такой воде при отсутствии напряжений на поверхности стальных образцов образовывались-многочисленные питтинги, имеющие в плане округлую форму (фиг. 112, а), а в разрезе — форму полуокружности или блюдца (фиг. 112, б) в тех случаях, когда применялись знакопеременные напряжения, трещины развивались по обе стороны полуокружностей (фиг. 112, в), и проходили вглубь (фиг. 112, г). Связь между точечной коррозией и началом образования трещин была выявлена в работе Гоу по алюминию из этой работы следует, что несколько больших питтингов оказывает большее влияние, чем множество небольших, и что разрушение в основном является следствием преимущественного коррозионного поражения ранее образованных полос скольжения [5]. [c.652] Вернуться к основной статье