Интенсивное наводороживание

Как и в случае статического нагружения, обобщенный парамегр в условиях усталостных испытаний отличает высокая информативность на ранних стадиях развития усталостных трещин. На рисунке 3.9 представлены диаграммы распределения значений рощ по рабочей поверхности плоского образца на различных стадиях циклического нагружения ( N=500, 1000, 1500, 2000, 2500 и 2700 циклов). Как видно из приведенных диаграмм, уже на начальных стадиях наблюдается значительная неравномерность электрических и магнитных свойств в поверхностном слое материала. Следует отметить, что эта неравномерность связана не только с различием уровней деформаций в разных сечениях образца. Например, симметричные точки 1 и 11, находящиеся в одинаковых условиях нагружения, различаются по значениям Ро^, наиболее сильно. Очевидно, главной причиной является более интенсивное накопление микроповреждений в зоне точек 10 и 11. Подтверждением этому служит тот факт, что первая обнаруженная трещина (N=1500 циклов) длиной 1,2 мм располагалась вблизи точки 11. При N=2000 циклов в зоне точек 10 и 11 обнаружено несколько трещин длиной от 1 до 1,4 мм. Далее (N=2500 циклов) произошло подрастание одной из трещин до 8 мм с одновременным образованием сети мелких трещин в зоне точек 9.10 и 11. Разрушение образ-

Представление об интерференции волн напряжений, возникающих в образце, позволило объяснить результаты некоторых усталостных испытаний. Суммирование колебаний различных частот и ам- . плитуд является причиной перегрузки отдельных объемов .материала образца и зарождения первичных субмикросколических трещин при переменном 'нагружении. Снижению сопротивления усталости стали при двухчастотном нагружении способствует локализация пластической деформации и более интенсивное накопление искажений кристаллической решетки, а также ускоренное распространение усталостных трещин.

^/У^уст = •* начинается интенсивное накопление пор (рис.6.6,б). При проведении восстановительной термообработки металла, отработавшего свыше этого времени, не происходит полного залечивания пор. Нерастворившиеся при термообработке поры, являясь источниками вакансий, ускоряют процесс последующей ползучести, что и вызывает снижение долговечности.

Иное происходило при нагружении образцов в присутствии коррозионно-активной среды: коррозионное действие среды вызывало на ранних стадиях деформирования интенсивный рост дефектов решетки за счет хемомеханического эффекта (влияние на усталость со стороны охлаждающего действия среды в данных условиях оказалось несущественным, о чем свидетельствовало интенсивное накопление микроискажений). Это приводило к повышению химического потенциала и развитию механохимического эффекта, что подтверждалось разблагороживанием электродного потенциала. Затем наступала релаксация микронапряжений с интенсивной разрядкой дислокаций на растворяющейся с большой скоростью поверхности.

Исследования показали, что при случайном изменении нагружении имеет место более интенсивное накопление повреждений в материале, чем при циклическом нагружении. В результате усталостная долговечность материала при случайном нагружении в несколько раз меньше, чем при гармоническом (при равных дисперсиях рассеивания напряжений). При этом дисперсия усталостной долговечности при случайном нагружении также меньше, чем при циклическом.

В интервале от 10-го до 15-го цикла нагружения увеличение напряжений Од вызывает интенсивное накопление деформаций ползучести

Влияние относительной высоты сопловой решетки и веерности на относительное снижение КПД в зависимости от влажности у^. установленное экспериментально, отражает воздействие нескольких факторов. С уменьшением ^ возрастают концевые потери и доля жидкой фазы, участвующая в периферийных течениях. Происходит относительно более интенсивное накопление пленок в зонах взаимодействия вихревых шнуров с пограничным слоем, движущимся вдоль спинки профиля. Интенсифицируются процессы внут-риканального взаимодействия паровой и жидкой фаз, коагуляция и дробление капель, а также возрастает напряжение трения на обводах каналов. При небольших высотах капельная влага равномернее распределяется по радиусу в зазоре и, следовательно, торможение рабочей решетки капельным потоком возрастает. Увеличиваются утечки через надбандажные уплотнения.

Особенно интенсивное накопление пленки и капель происходит Б периферийных участках межлопаточных каналов. Пленки движутся вдоль спинки и вогнутой поверхности к вершине лопаток и здесь участвуют во вторичных течениях: насыщают влагой периферийные концевые вихри, приводят к увеличению толщин пленок на внутренней поверхности бандажей и генерируют при этом крупные капли, фиксируемые в экспериментах за рабочей решеткой (см. рис. 5.6 и 5.7,а). Следовательно, концентрация влаги у периферии создает повышенные потери кинетической энергии в этой зоне. Учитывая температурные поля поверхности лопатки вблизи

бурная конденсация и возникают интенсивные пульсационные процессы. Этому способствует заметное переохлаждение, достигаемое на конфузорных участках /С2 (рис. 7.14, в) и Kz+Ki (рис. 7.15). В парокапельном потоке во вторичные течения (в парный вихрь) вовлекаются пленки, образовавшиеся на поверхностях канала, мелкие и крупные капли, движущиеся в пограничных слоях и в ядре потока. Особенно интенсивное накопление пленок проис-

Исследования показали, что при случайном изменении нагружении имеет место более интенсивное накопление повреждений в материале, чем при циклическом нагружении. В результате усталостная долговечность материала при случайном нагружении в несколько раз меньше, чем при гармоническом (при равных дисперсиях рассеивания напряжений). При этом дисперсия усталостной долговечности при случайном нагружении также меньше, чем при циклическом.

В связи с относительно небольшим межпромывочным периодом работы прямоточных котлоагрегатов СКД проведение эксплуатационных химических очисток с использованием традиционных схем промывки стало неприемлемым из-за их относительной сложности и большой затраты времени и реагентов. Практически такие промывки можно осуществлять лишь в период капитальных или расширенных текущих ремонтов блока. В то же время специфические особенности, определяющие необходимость частого проведения эксплуатационных химических очисток, позволили существенно упростить их технологию. Это прежде всего стало возможным благодаря тому, что интенсивное накопление отложений (причем в основном железоокисных) происходит на ограниченных участках водопарового тракта, в основном в НРЧ.

Максимальная склонность к сульфидному растрескиванию наблюдается в слабокислой и кислой областях, т. е. при рН электролита, вызывающих наиболее интенсивное наводороживание металла (рис. 18). Склонность стали к сульфидному растрескиванию в растворах сероводорода зависит не только от величины рН, но и от того, с помощью каких добавок достигалось заданное рН. Так, при уменьшении рН раствора при добавлении уксусной кислоты склонность стали к растрескиванию больше, чем соляной кислоты. Это объясняется тем, что при добавке уксусной кислоты рН раствора в процессе коррозии меняется меньше, чем при введении соляной кислоты, а ионы ацетата стимулируют наводороживание, в то время как ионы хлора его замедляют. Не вызывают наводороживание и растрескивание стали сухой сероводород, а также его растворы в слабодиссоциирующих растворителях, например в бензоле и т. п.

При высоких температурах титан активно взаимодействует с воздухом -— азот и кислород растворяются в поверхностных слоях, что приводит к снижению пластичности. Время нагрева должно быть минимальным. В восстановительной атмосфере пламенных печей возможно интенсивное наводороживание, поэтому атмосфера должна быть окислительной.

Исследования В. И. Колесникова показали, что при трении фрикционной пластмассы о сталь при положительном заряде пластмассы происходит интенсивное наводороживание стальной поверхности и ее разрушение (см. гл. 7).

продиффундировавшего в сталь. Максимальная адсорбция водорода на железе соответствует 77 °С, т. е. когда начинается десорбция продуктов распада органических соединений с низкой молекулярной массой. Эта десорбция прекращается при температуре около 127 °Q а адсорбция водорода продолжается до 427 °С. В таких условиях происходит интенсивное наводороживание, и число вакансий на поверхности возрастает. Содержание водорода в стали увеличивается.

контактирующих металлических поверхностях (сталь ЩХ15), работающих в условиях трения качения и высоких нагрузок, как и насыщение смазочного материала влагой, сильно снижает предел контактной выносливости поверхностей. Атмосферная коррозия и наво-дороживание. При атмосферной коррозии происходит интенсивное наводороживание стальных деталей. У стали, насыщенной водородом, резко снижается сопротивление механическим нагрузкам и износостойкость (см. гл. 7). Интенсивность наводороживания при атмосферной коррозии зависит от влажности и загрязненности воздуха промышленными газами, например H2S. Данные К.. В. Попова по поглощению водорода образцами из стали 20 при атмосферной коррозии в различных климатических условиях приведены в табл. 10.1.

Сильное наводороживание стали в Норильске нельзя, конечно, объяснить только климатическими условиями. Если бы это явление было связано с влажностью воздуха, то наиболее интенсивное наводороживание следовало бы ожидать в Батуми. Возможно на процесс наводороживания в Норильске большое влияние оказала загрязненность воздуха такими промышленными газами, как H3S. Представляет интерес проследить, как с увеличением содержания водорода уменьшается число перегибов испытуемых пластин, что характеризует пластичные свойства образцов:

Концентрация растворов кислот при травлении влияет на интенсивность наводороживания. Диапазон концентраций, вызывающих интенсивное наводороживание, больше у сильно ионизированных кислот (например, серной и соляной) и меньше у кислот средней силы (например, уксусной и фосфорной). Наиболее интенсивное наводороживание и вызванное им изменение свойств металла наблюдается при травлении в серной кислоте; травление в соляной кислоте дает меньший эффект при тех же концентрациях и режимах травления. Характерно, что влияние концентрации на интенсивность наводороживания прямо противоположно для растворов HaS04 и HC1; если для раствора серной кислоты (по крайней мере при увеличении концентрации раствора до 10 Н.) происходит линейное увеличение скорости диффузии и количества окклюдированного сталью водорода, то для растворов НС1 с увеличением концентрации наводороживания стали снижается. Это объясняется различным действием ионов S04 и С1~' на процесс разряда ионов водорода.

Снижение показателей пластичности tj< и 8 начинается уже при весьма незначительных количествах внедренного водорода (1—2 см3/100 г) и достигает максимального стабильного значения в несколько сот процентов при концентрации водорода, равной 5—10 сж3/100 г. Более интенсивное наводороживание не приводит к дальнейшему снижению этих показателей пластичности, из чего можно заключить, что на пластичность влияет только водород, растворенный в решетке стали в виде протонов; роль молекулярного водорода в этом отношении незначительна.

В лаборатории Института машиноведения и автоматики АН УССР В. Т. Степуренко [148] провел исследование влияния сероводородной воды на циклическую усталость стали 45, при частоте нагружения 3000 циклов в минуту, в различном структурном состоянии, а также с различным состоянием приповерхностного слоя этой стали. Наво-дороживание стали происходило в процессе циклического нагружения. Под влиянием циклически изменяющихся напряжений в различных зернах образца происходила микропластическая деформация с различной интенсивностью, причем в случае деформации катодных зерен происходило их интенсивное наводороживание за счет водорода, появившегося в результате диссоциации сероводорода и взаимодействия H2S с металлом.

В сероводородсодержащих средах электролитов происходит интенсивное наводороживание и охрупчивание сталей в результате проникновения в металл образующегося по электрохимическому механизму атомарного водорода. Такой механизм неприемлем для объяснения обнаруженного охрупчивания сталей в органических сероводородсодержащих средах.

Показано, что интенсивное наводороживание стали в сероводородсодержащих средах является результатом двух параллельных процессов, взаимосвязанных между собой: электрохимической коррозии и каталитического разложения сероводорода на поверхности сульфидной пленки.