Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Влияние механических факторов на коррозионный процесс





Металлические конструкции в процессе эксплуатации часто подверга- ются разрушению при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. По своему происхождению механические на- пряжения могут быть внутренними, возникающими в результате деформа- ции или термообработки металла, или внешними, вызванными приложенны- ми извне нагрузками (постоянными пли переменными). Кроме того, металл может подвергаться истирающему или кавитационному воздействию.

Скорость коррозии металлических изделий в агрессивных средах при одновременном механическом воздействии на конструкцию значительно выше, чем при отсутствии этого воздействия. В зависимости от характера


 

механического воздействия различают следующие типы коррозии: коррози- онное растрескивание – местное разрушение металла при одновременном воздействии на металл растягивающих напряжений и коррозионной среды; коррозионная усталость – разрушение при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и знакопеременных напряжений; коррозия при трении – разрушение металла в результате механического истирающего воз- действия на металл другого металла при наличии коррозионной среды или непосредственного воздействия самой жидкой или газообразной коррозион- ной среды на металл; коррозионная кавитация – механическое ударное воз- действие самой агрессивной коррозионной среды.

 

Коррозионное растрескивание металлов

При наложении механических напряжений происходит понижение тер- модинамической устойчивости металла. На скорость коррозии металлов и сплавов в напряженном состоянии оказывают влияние величина механиче- ских напряжений, характер катодного процесса, природа анионов.



В кислых средах при приложении растягивающих напряжений скорость коррозии сталей увеличивается. На степень увеличения скорости коррозии с водородной деполяризацией оказывает влияние природа аниона. Например, в серной кислоте с добавкой хлорида натрия при приложении растягивающих напряжений скорость коррозии стали увеличивается в большей степени, чем в растворе чистой серной кислоты.

Наблюдаемую закономерность связывают с торможением адсорбции поверхностно-активных анионов на поверхности стали при приложении рас- тягивающих напряжений в упругой области. При введении в раствор серной кислоты анионов хлора скорость коррозии ненапряженной стали, за счет ад- сорбции анионов Cl-, понижается. При применении растягивающих напря- жений изгибом в упругой области адсорбция анионов Cl- тормозится, в ре- зультате чего общая скорость коррозии увеличивается.

При коррозии с кислородной деполяризацией влияние растягивающих напряжений на скорость коррозии в значительной степени зависит от соот- ношения силы коррозионного тока и предельного диффузионного тока по кислороду. Если скорость коррозии напряженного металла лимитируется скоростью диффузии кислорода, приложение растягивающих напряжений хотя и облегчает анодный процесс, однако не приводит к существенному увеличению скорости коррозии напряженной стали. Если же скорость корро- зии напряженного металла существенно меньше предельного диффузионно- го тока, то приложение растягивающих напряжений вызывает увеличение скорости коррозии напряженной стали.

Постоянные растрескивающие напряжения (внешние или внутренние)


 

увеличивают скорость общей коррозии металла примерно пропорционально их величине. При этом происходит, главным образом, местная коррозия или коррозионное растрескивание. Коррозионное растрескивание металлов при одновременном воздействии агрессивной коррозионной среды и растя- гивающих напряжений характеризуется образованием трещин в плоскостях, перпендикулярных направлению растягивающих напряжений. Коррозион- ному растрескиванию подвержены многие металлы: щелочная хрупкость ме- талла паровых котлов, растрескивание некоторых коррозионностойких, на- пример, хромоникелевых, сталей.

Коррозионно-механические трещины постепенно зарождаются на ме- таллической поверхности под влиянием локализации анодного процесса и растягивающих напряжений на отдельных ее участках (например царапины, риски от обработки, дефекты защитной пленки и др.). Развитие коррозион- ных трещин происходит в результате действия трех факторов: электрохими- ческого – из-за неоднородности структуры поверхности металла (дефекты защитных пленок являются активными анодами); механического – неравно- мерность напряжений приводит к электрохимической неоднородности; ад- сорбционного – образование трещин в поверхностном слое металла облегча- ется под расклинивающим воздействием адсорбирующихся из раствора по- верхностно-активных веществ.

При коррозионном растрескивании металла можно выделить три основ- ных периода в разрушении металла.

Инкубационный период – это процесс постепенного образования на по- верхности металла микрокоррозионных трещин под воздействием коррози- онной среды и локализации растягивающих напряжений. Наиболее благо- приятными условиями для зарождения микротрещин являются такие, при которых и растягивающие напряжения, и коррозионный процесс локализу- ются на отдельных участках поверхности металла. В сильно агрессивных средах, вызывающих равномерную общую коррозию, вероятность коррози- онного растрескивания гораздо меньше, чем в средах, которые вызывают ме- стное разрушение металла (азотнокислые соли и щелочи для углеродистых сталей).

Развитие коррозионной трещины происходит при совместном действии коррозионной среды и растягивающих напряжений в металле. Рост трещины можно рассматривать как непрерывный электрохимический процесс, в зна- чительной степени ускоряемый наложенными напряжениями растяжения (рис. 4.5).


 

 

 

 

Рис. 4.5 Схема коррозионной трещины: 1 – направления растягивающих напряжений; 2 – трещина, заполненная электролитом; 3 – оксидная пленка

(катод коррозионной пары); 4 – непрерывно обновляемое острие трещины

(анод коррозионной пары); 5 – максимально напряженная зона металла

 

 

На боковой поверхности трещины образуется оксидная пленка продук- тов коррозии. Острая часть трещины, развивающаяся под воздействием кон- центрирующихся на этом участке напряжений растяжения, постоянно об- новляется, поэтому не защищена оксидными пленками. Возникает коррози- онная пара, катодом которой служит вся боковая поверхность трещины, а анодом – острие трещины.

Коррозионная пара очень эффективна, так как и катод, и анод практи- чески полностью неполяризуемы. Незначительная поляризуемость катода объясняется тем, что площадь его велика по сравнению с анодом. Отсутствие поляризуемости анода, несмотря на его очень малую площадь, вызвано по- стоянным появлением новых активных участков на поверхности металла. В таких условиях могут возникать высокие линейные скорости роста трещины от 1 до 10 мм/ч.

Конечное разрушение металла наступает, когда, вследствие все боль- шей локализации напряжений, одна из трещин начинает ускорять свой рост во времени, а рост других трещин замедляется. Конечное разрушение метал- ла происходит при преимущественном влиянии механического фактора.

На коррозионное растрескивание также оказывает влияние адсорбция, уменьшающая поверхностную энергию металла в вершинах трещин, что


 

создает дополнительные условия для разрыва растягивающими напряжения- ми.

 

Коррозионная усталость металлов

Переменные напряжения (растягивающие), в том числе и знакопере- менные, как известно, вызывают явление усталости металлов. Если перемен- ные напряжения превышают величину предела усталости металла, то через некоторое число циклов переменных нагружений развиваются трещины ус- талости, и деталь разрушается (рис. 4.6, кривая 1). Ниже предела усталости металл не разрушается даже при очень большом числе циклов.

 
 

Многие детали машин подвергаются одновременному воздействию пе- ременных напряжений и коррозионной среды, что сильно снижает коррози- онную стойкость металла. Разрушение металла под действием коррозионно- активной среды и знакопеременных напряжений называется коррозионной усталостью металла. При коррозионной усталости наблюдается снижение предела усталости по сравнению с пределом усталости в отсутствие корро- зионной среды. Механизм разрушения металла в условиях возникновения коррозионной усталости остается в основном тот же, что и при коррозион- ном растрескивании, но, естественно, должен относиться к периодам дейст- вия растягивающих напряжений. На рис. 4.6 показана зависимость величины приложенных знакопеременных напряжений от числа циклов до разрушения стали без воздействия (кривая 1) и при воздействии коррозионной среды (кривая 2).

Рис. 4.6 Диаграмма Велера: 1 – усталости; 2 – коррозионной усталости;

А – А – предел усталости; В – условный предел коррозионной усталости. 107 циклов

 

Коррозионно-усталостная прочность металлов и сплавов (таблица) су- щественно зависит от их состава. Данные в таблице приведены для числа циклов 5·107.


 

От коррозионной усталости сильно страдают валы гребных пароходных винтов, оси и штоки насосов, лопатки турбин, рессоры и т. д. Переменные напряжения не вызывают усиления общей коррозии, но приводят к появле- нию сетки микротрещин, переходящих в крупную трещину коррозионной усталости, что ускоряет разрушение деталей.

 

 

Металл или сплав, его состав и обработка Предел прочности, кг/мм2 Предел выносливости, кг/мм2
на воздухе в пресной воде в морской воде
Низкоуглероди- стая сталь; отжиг
Никелевая сталь (3,7% Ni; 0,26% Cr; 0,28% C); за- калка и отпуск        
Хромоникелевая нержавеющая сталь (18% Cr, 25% Ni)        
Никель- кремнистая сталь; закалка и отпуск         -

 

Коррозия металлов при трении

Коррозией при трении называют механическое истирающее воздейст- вие на металл другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственное воздействие на металл самой жидкой или газовой корро- зионной среды. Коррозия при трении представляет собой два сопряженных процесса: электрохимическое или химическое взаимодействие металла с аг- рессивной средой и механический процесс износа поверхности защитных пленок и самого металла.

Стойкость металлов к коррозии при трении в значительной степени за- висит от их коррозионной стойкости. В жидкости износ стали меньше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что жидкость является смазкой.


 

Коррозия металлов при кавитационном воздействии

Коррозионной кавитацией называют разрушение металла в результате механического переменного воздействия агрессивной среды на металл. При определенных гидродинамических условиях нарушается сплошность дви- жущегося потока жидкости и образуются вакуумные пузыри. Затем пузыри сокращаются и исчезают. Такое явление в жидкости называется кавитацией.

При быстром заполнении жидкостью образовавшихся пузырей поверх- ность металла подвергается гидравлическим ударам, которые создают пуль- сирующие напряжения и разрушают металл. Этот вид коррозии приводит к образованию местных глубоких язв на перемешивающих устройствах в хи- мических аппаратах и т.д.


 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.