Коррозионной статической

Ионно-лучевая обработка оказывает заметное влияние на химические и адгезионные свойства поверхности материалов [79]. Имплантация определенного сорта ионов способствует повышению коррозионной прочности, а также устойчивости ионно-легированных металлов и сплавов к высокотемпературному окислению. Образование химических соединений в сталях и сплавах за счет внедрения имплантированной примеси или повышения предела концентрации элементов изменяет скорость химических реакций и кинетику роста окисных пленок и, кроме того, повышает их сцепление с основой. Наличие пленок мягких оксидов снижает интенсивность образования адгезионных узлов схватывания и коэффициент трения и способствует улучшению трибологических характеристик материалов.

Росту трещиностойкости и увеличению коррозионной прочности способствует введение хрома, молибдена, титана, которые формируют стойкие карбиды, измельчают зерно и уменьшают окклюзию водорода. Бор оказывает отрицательное влияние, что объясняется увеличением зерна, vc> 1>бляющим прокаливаемое!ь стали и облегчающил; с;ок дислокаций.

В книге изложены основные закономерности изменения циклической и коррозионной прочности титановых сплавов в зависимости от химического состава, структуры и окружающей среды. Детально рассмотрен процесс коррозионного растрескивания сплавов на основе титана и физическая природа этого явления в различных агрессивных средах. Анализ малоцикловой долговечности проведен на основе исследования процесса микронеоднородности протекания пластической деформации в упруго-пластической области нагружения. Многоцикловая усталость рассмотрена с использованием статистических методов анализа. Особое внимание уделено влиянию различных охрупчивающих факторов, состояния поверхности и коррозионных сред на циклическую долговечность, а также методам повышения циклической прочности.

Исследование длительной коррозионной, прочности сталей. На рис. П-15 и 11-16 показаны общий вид и схема трубопроводов стенда ВТИ-1 (конструкция Гуляева В. Н.) для исследования длительной коррозионной прочности аустенитной стали [П-12].

На рис. П-23 показана схема установки ВТИ-2 [11,13] для изучения длительной коррозионной прочности стали в жидкой среде, не содержащей газов. Трубчатый образец /, помещенный в печь машины ИП-2 для испытания на длительную прочность и ползучесть, соединен с сильфонным гидропрессом 2. Последний через вентиль 3, имеющий сильфонное уплотнение между корпусом и шпинделем, присоединяется шлангом к вакуумному ротацион-

Как уже отмечалось, восстановление ресурса роторов осуществляется периодически путем снятия поверхностного слоя, накопившего повреждение в процессе эксплуатации, дефектоскопии поверхности с удалением макродефектов недопустимых размеров и чистовой обработки поверхности. С целью повышения коррозионной прочности центральных полостей цельнокованых роторов эти полости герметизируют [77] и вакуумируют их для удаления из полости агрессивных газообразных веществ, в первую очередь, кислорода. После этого полости заполняют инертным газом и периодически осуществляют контроль их герметичности. Толщина удаляемого слоя (0,4—0,5 мм) определяется на основе расчета полей повреждений по алгоритму, приведенному в гл. 4, а также по результатам испытаний образцов с периодическим снятием поверхностного слоя [115, 77] и результатам применения экспериментально-расчетной методики определения характерных параметров поверхностного слоя методом электропотенциала.

Для приближенной оценки долговечности сталей для барабанов паровых котлов при комбинированных режимах в коррозионных условиях при умеренном уровне температур можно использовать диаграмму предельных циклов в виде прямой линии АВ, отсекающей на оси ординат отрезок, равный пределу усталостной прочности при симметричном цикле нагружения в кипящей воде на заданной базе по числу циклов ацк, а на оси абсцисс — отрезок, равный пределу длительной коррозионной прочности в воде при рабочих температурах на заданной базе по сроку службы сгдкп.

коррозионной прочности, Н/мм2

Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, иодом и др. Так, микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочно-земельными металлами повышает такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах. Механизм этого воздействия при микролегировании основан на рафинировании границ зерна и повышении межкристаллитной прочности. Химический состав и структура этих сталей весьма разнообразны.

причины, вызывающей коррозионное разрушение, — напряженного состояния. Такой термической обработкой является аустенитизация. Возможно, что полезным окажется и стабилизирующий отжиг. В Институте электросварки им. Е. О. Патона показано [11], что снижение содержания углерода в стали и сварном шве способствует повышению длительной коррозионной прочности сварных соединений. Благотворно влияет и кремний [15]. В последнее время установлена замечательная способность аустенитных хромони-келевых и хромомарганцевых сталей и швов, легированных бором, противостоять коррозионному растрескиванию. Соответствующие данные, полученные автором совместно с Н. И. Пинчук, А. И. Табидзе, Л. В. Чекотило, 3. В. Юшкевич и Н. А. Лангером, приведены на рис. 114, б и в табл. 76.

Рис. 346. Кривые длительной коррозионной прочности стали 1Х18Н9Т в водном растворе сероводорода:

Введение в электролит ингибитора КПИ-1 (3 г/л) сдвинуло кривую статической коррозионной усталости в сторону больших значений времени до разрушения (кривая 3) и резко повысило условный предел коррозионной статической усталости (на базе 2000 мин — в полтора раза). При этом значительный защитный эффект ингибитора наблюдался при всех уровнях нагрузки. При малых нагрузках его величина была несколько более высокой, что, по-видимому, связано с увеличением степени пассивации поверхности за более продолжительное время. Величина электродного потенциала (кривая 4) почти не зависит от нагрузки, незначительно сдвигаясь в сторону положительных значений, что также указывает на высокие защитные свойства ингибитора при различных уровнях нагружения.

При одновременном действии на сталь коррозионно-агрессивных сред и длительного статического нагружения наблюдается явление хрупкого разрушения стали, имеющее название коррозионной статической усталости, или, чаще всего, коррозионного растрескивания. Коррозионное растрескивание стали наблюдается в кислых и, особенно, в щелочных средах, причем в последнем случае это явление называется каустической или щелочной хрупкостью.

Коррозионная усталость от длительного статического нагружения развивается во времени; чем больше время, тем при меньшем нагру-жении разрушается сталь. На фиг. 17 приведена характерная кривая коррозионной статической усталости (по Л. А. Гликману [18]) аустенитной сталис0,8% С; 17,8% Сг; 11,2 №в42%-номраствореЛ^С13.

При коррозионной статической усталости (коррозионном растрескивании) происходит макроскопически хрупкое разрушение, причем в отличие от разрушения при коррозионной усталости от действия циклических напряжений развивается лишь одна или небольшое количество трещин. На фиг. 37 показано разрушение образца стали 45 трооститной структуры в воздухе при кратковременном действи растягивающей статической силы и в сероводородной воде (80 мг/л H2S) при длительном действии напряжения с = (0,11—0,12) ов. В воздухе наблюдалась пластическая деформация; в сероводородной воде — хрупкое разрушение при образовании лишь одной трещины. Дополнительное растяжение образцов, которые длительное время нагружались в сероводородной воде, показало, что никаких добавочных трещин, кроме основной трещины, не появилось.

Таким образом, можно считать, что в одних средах наблюдается только межкристаллитное разрушение, в других средах только транс-кристаллитное, а во многих случаях и тот и другой вид образования трещин коррозионной статической усталости. На образование этих трещин оказывает также влияние еще и уровень растягивающих напряжений, концентрация среды, ее температура и т. п.

Фиг. 52. Кривая коррозионной статической усталости стали ЗОХГС в полуводяном газе.

Анализируя основные формы кривых коррозионной статической усталости, авторы отмечают следующие особенности для каждого вида кривых. Кривая фиг. 51 соответствует металлу, не склонному к коррозионному растрескиванию и межкристаллитной коррозии*, причем

металл имеет высокую коррозионную стойкость. Предел коррозионной статической усталости в этом случае равняется пределу прочности при кратковременном действии статического нагружения.

Кривая на фиг. 52 соответствует металлу, не склонному к коррозионному растрескиванию и межкристаллитнои коррозии, но недостаточно стойкому к общей коррозии, благодаря чему уменьшается его прочность. Наклон кривой статической усталости вызван уменьшением сечения образца за счет общей коррозии, т. е. в зависимости от агрессивности коррозионной среды изменяются угол наклона кривой усталости. В этом случае металл не имеет предела выносливости и может идти речь лишь об Фиг. 53. Кривая коррозионной статической условном пределе ВЫНОСЛИ-усталости литой стали ЭИ405 в сероводородной J r

Таким образом, существует действительный предел коррозионной статической усталости для определенных сортов стали и коррозионных сред. Это подтверждается рентгенографическими исследованиями 1220], которые показали, что в растворах азотно-кислых солей ряд углеродистых сталей не поддается коррозионному растрескиванию до тех пор, пока искривление решетки не достигло предельного значения.

Аналогичные результаты были получены при исследовании зависимости коррозионной статической усталости от рН раствора. Е. Герцог [200] проводил исследования влияния рН раствора на время до разрушения стали при постоянном напряжении и комнатной температуре.