Влияние температуры и коррозионно-активной среды на свойства металлов под напряжением при статических и циклических нагружениях (стр. 2 из 3)

Рис. 3 Зависимость времени растрескивания высокопрочных сталей при напряжении 145 кг/мм(2) от величины sкр .

150 1-

1. пресная камера ;

2. индустриальная атмосфера ;

3. тропическая камера ;

50 2 3- 4- 4. камера с распылением 3%-го NaCl ( 20% раствор H2SO4 c добавкой NaCl (30 г/л) ).

0 10 20 30 40 50 60 70 sкр (кг/мм(2))

Одним из важных факторов , определяющих сопротивление высокопрочных сталей коррозионному растрескиванию , является характер и величина внутренних напряжений в поверхностном слое . С увеличением внутренних растягивающих напряжений сопротивление стали коррозионному растрескиванию понижается . Создание сжимающих напряжений в поверхностном слое обкаткой , вибронаклёпом , обдувкой чугунным , кварцевым или корундовым песком повышает сопротивление стали коррозионному растрескиванию . Увеличение содержания углерода в a-Fe приводит к увеличению внутренних напряжений , в результате чего критическое напряжение стали понижается . Чем больше содержание легирующих элементов , затрудняющих диффузию углерода , тем выше температура отпуска , при которой наблюдается понижение сопротивления стали коррозионному растрескиванию . Так , если для стали 30ХГСНА понижение sкр наблюдается после отпуска при 250°С , то для стали 40ХН2СВА (ЭИ643) , содержащей больше легирующих элементов , тормозящих диффузию углерода - при 400°С .

При дальнейшем повышении температуры отпуска сопротивление стали коррозионному растрескиванию повышается .

При коррозии под напряжением с водородной деполяризацией может происходить наводораживание и связанное с этим ухудшение механических свойств стали . Высказываются соображения , что наблюдаемое в указанных условиях растрескивание стали происходит не вследствие увеличения скорости коррозии при положении растягивающих напряжений , а за счёт наводораживания ( водородное растрескивание ) . С другой стороны , если исходить из адсорбционной гипотезы влияния водорода на механические свойства стали и допустить , что сопротивление хрупкому разрушению стали линейно уменьшается с увеличением концентрации адсорбированного водорода , то зависимость времени до растрескивания от величины извне приложенных растягивающих напряжений можно описать уравнением :

(2) (s - А)Öt = Кн , или s = А + Кн (1/Öt) , где Кн - константа ;

А - сопротивление хрупкому разрушению стали при данной концентрации адсорбированного водорода ;

Экспериментальные данные по водородному растрескиванию при катодной поляризации в кислых и щелочных растворах (Рис. 4) удовлетворяют уравнению (2) . Зависимость времени до растрескивания наводороженной при кадмировании стали от величины растягивающих напряжений ( Рис. 5) также описывается уравнением (2) .

s

, кг/мм(2) Рис. 4 s , кг/мм(2) Рис. 5

70 200

60

50 150

40

30

20 100

10

1/Öt,

5 10 15 1/Öt , мин(-1/2) 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 мин(-1/2)

Кривая водородного растрескивания Кривая водородного растрескивания кадми-

стали 30ХГСНА (катодная поляриза- рованной стали ЭИ643 (надрезанные образ-

ция при 1А/дм(2) в 20%-ном H2SO4 + цы ) .

+ NaCl (30 г/л) ) .

Как видно из рисунка 5 , при изображении экспериментальных данных по водородному растрескивания кадмированной стали в координатах s, 1/Öt получаем прямую , что находится в соответствии с уравнением (2) .

Таким образом , различная функциональная зависимость t от s при водородном и коррозионном растрескивании , уравнения (1) и (2) позволяют различать эти явления .

Влияние среды на разрушения сплавов при циклических нагружениях .

Коррозионная усталость металла - процесс постепенного накопления повреждений , обусловленных одновременным воздействием переменных нагрузок и коррозионно-активной среды , которые приводят к уменьшению долговечности и снижению запаса циклической прочности .

Под воздействием коррозионных сред значительно снижается усталостная прочность сталей и сплавов . Величина снижения в большинстве случаев зависит от коррозионной стойкости материала . Следует отметить , что структурное состояние стали влияет на предел коррозионной усталости . Наиболее неблагоприятна структура низкого отпуска . Показатели коррозионной усталости сталей после закалки и отпуска ниже чем нормализованных и отожженных .

Наиболее низкое значение предела коррозионной усталости свойственно сталям (некоррозионностойким ) с мартенситной структурой . При sв , равном 170-200 кг/мм(2) , предел коррозионной усталости не превышает 15 кг/мм(2) (рис. 6) .

Повышение предела выносливости на воздухе не увеличивает выносливость в коррозионной среде . Предел коррозионной усталости коррозионностойких сталей обычно пропорционален пределу прочности при растяжении (см. рис. 6 ) до 130-140 кг/мм(2) .

Сплавы титана не чувствительны к воздействию коррозионных сред в условиях переменных нагрузок . Пассивность титана обусловлена наличием на его поверхности окисной плёнки, не имеющей пор. Существует мнение , что в окисных плёнках возникают остаточные напряжения сжатия . По некоторым данным , в растворах хлоридов при наличии острого концентратора типа трещины или острого надреза невосприимчивость титановых сплавов к воздействию среды исчезает . Долговечность образцов с трещиной в морской воде ниже долговечности на воздухе .

Предел выносливости алюминиевых и магниевых сплавов снижается от воздействия среды в 1,8 - 3 раза . Сопротивление усталости медных сплавов при испытании в пресной и морской воде снижается незначительно.

Для всех материалов последовательное действие напряжений и коррозионной среды менее опасно , чем одновременное .

Характерным для коррозионной устойчивости является появление на поверхности образцов гораздо большего числа трещин , чем у испытываемых на воздухе .

а) б)

s, кг/мм(2) s , кг/мм(2)