Коррозионной выносливости

Коррозионная среда в условиях циклического нагру-жения оказывает более заметное влияние на работоспособность, чем при статическом нагружении вследствие проявления динамического механохимического эффекта [1]. В настоящее время, отсутствуют какие-либо уравнения для детерменированного определения и описания циклической коррозионной трещиностойкости.

5. Оценка остаточного ресурса сосудов по критерию циклической коррозионной трещиностойкости...................................... 9

В дальнейшем производятся проверочные расчеты остаточной работоспособности по критериям длительной статической и коррозионной трещиностойкости малоцикловой прочности и трещиностойкости в нейтральных и коррозионных средах, Ниже приведены рекомендации по выполнению проверочных расчетов по указанным критериям, опубликованные при участии автора в работе [31].

4.2.4. Оценка остаточного ресурса сосудов по критерию циклической коррозионной трещиностойкости

201. О двух особенностях оценки коррозионной трещиностойкости конструкционных сплавов/Романпв О. П.. Никифорчин Г. П.. Студент А. 3.. Ци-рульнпк А. Т.— ФХММ, 1982. Л» 1. с. 33—37.

При разработке оптимального технико-экономического варианта комплекса противокоррозионной защиты нужны объективные данные о скорости развития коррозионно-механическйх трещин в защищаемом объекте. Для этого необходим детальный анализ коррозионной трещиностойкости материалов защищаемого объекта в условиях его предполагаемой эксплуатации.

Следует отметить, что еще не выработан единый подход к определению коррозионной трещиностойкости конструкционных материалов, поэтому целесообразно очень кратко проанализировать уже сложившиеся основные направления в оценке трещиностойкости материалов в агрессивных средах.

2. Существует мнение, что такие диаграммы не являются инвариантными (независимыми) характеристиками системы материал—среда, поскольку зависят от предыстории нагружения, геометрий образца и исходной длины (глубины) трещины [50]. Предложен усовершенствованный подход (направление) к изучению коррозионной трещиностойкости материалов. Он заключается в исследований скорости развития трещин в зависимости от уровня нагружения, свойств материала, среды и внешних факторов, аналогично описанному выше, с той только разницей, что инвариантность диаграмм разрушения при снятии их обес-

Таким образом, третье направление заключается в моделировании деформационной гальванопары и гальванопары СОП-„старая" поверхность и измерении их основных характеристик -плотности коррозионного тока, определяющей чисто коррозионное углубление трещины, и силы тока, характеризующей охруп-чивающее наводороживание, т. е. в создании моделей, наиболее полно воспроизводящих условия в реальной трещине. Это направление в оценке коррозионной трещиностойкости материалов является перспективным.

Представление об изменении статической коррозионной трещино-стойкости с ростом прочности конструкционного материала дает систематизация большого объема экспериментальных данных на рис. 13.2.3 [266]. Несмотря на значительный разброс, можно отметить общую тенденцию — снижение величины KIscc с ростом уровня прочности. Нижняя граница коррозионной трещиностойкости составляет

Несмотря на высокую коррозионную стойкость титановых сплавов, по критерию коррозионной трещиностойкости они уступают сталям. Наиболее низкие значения параметра KIscc имеют алюминиевые сплавы.

При коррозионной усталости наблюдается снижение предела усталости по сравнению с пределом усталости металла в отсутствие коррозионного воздействия агрессивной среды. Пределом коррозионной усталости или коррозионной выносливости называется то максимальное напряжение, которое может выдержать образец при данном числе циклов в условиях коррозионного воздействия. Предел коррозионной усталости является условной величиной, а не истинным пределом, так как металл при длительных выдержках разрушится и без знакопеременных напряжений, а лишь от одной коррозии. Поэтому предел коррозионной усталости обусловливают числом циклов знакопеременных нагрузок, которые при испытаниях выдерживают образец металла при данном напряжении, т. е. цифровые значения предела коррозионной усталости относят к определенной базе испытаний (числу циклов).

Положительная роль никель-алюминиевых и никель-титановых плазменных покрытий показана при испытании в коррозионной среде (3%-ном водном растворе поваренной соли). Условный предел коррозионной выносливости стали с покрытием из NiAl увеличивается почти в два раза; с покрытием из NiTi — на 25% [60]. Предполагается, что покрытие оказывает благоприятное влияние на улучшение пассивируемости поверхности. Фрактографический анализ, проведенный с помощью электронного микроскопа, выявил в образцах с покрытием NiTi фасетки скола, т. е. хрупкое разрушение. Поверхность изломов образцов с покрытием NiAl иная — отмечается типичное чашечное строение, т. е. разрушение происходит вязко.

Предел коррозионной выносливости о-щор, МН/м2 (кгс/мм2),— предел выносливости при совместном действии напряжений и среды на базе N циклов.

1. Отсутствие горизонтального участка на кривой усталости. По этой причине можно определить только ограниченный предел коррозионной выносливости на определенной базе.

Так, например, эксперименты по влиянию катодной поляризации на сопротивление Ст. 45 (состояние поставки) циклическому нагружению в 3 %-м водном растворе NaCl показали, что только при плотности поляризующего тока, близкой к 45 А/м2, условный предел коррозионной выносливости стали приближается к пределу выносливости на воздухе. При меньших плотностях тока он ниже вследствие коррозионного воздействия среды, при больших —.ниже вследствие водородного охрупчивания, При наложении анодного потенциала (анодной поляризации) сопротивление стали коррозионно-усталостному разрушению снижается в результате интенсификации анодного процесса [71].

Особенно эффективно диффузное насыщение поверхности стали различными металлами (диффузйая металлизация). Так, хромирование и карбохромирование повышает условный предел коррозионной выносливости углеродистых сталей в 3 %-м водном растворе NaCl почти втрое. Сходный эффект наблюдается и при алитировании. Так, алитирование в кремнийсодержащей ванне значительно повышает сопротивление углеродистой стали коррозионной усталости. Одновременное насыщение стали бором и алюминием (бороалитирование) повышает условный предел сопротивления коррозионной усталости более чем вдвое [21]. Заметно увеличивается сопротивление стали коррозионному растрескиванию и усталости благодаря диффузному боро-хромированию и диффузному борохромтитанированию. При этом возрастает коррозионная стойкость поверхности и уровень внутренних напряжений сжатия [63].

отсутствие корреляции между механическими свойствами металла, полученными при статическом и циклическом нагружении в воздухе, и условным пределом коррозионной выносливости. Повышение временного сопротивления ов углеродистых и многих легированных сталей от 250— 300 До 1800 -2000 МПа обусловливает повышение предела выносливости гладких образцов, в то время как условный предел выносливости указанных материалов при воздействии коррозионной среды находится на низком уровне (20—100 МПа) и для сталей с различным значением временного сопротивления меняется несущественно. Имеет место даже тенденция к снижению условного предела коррозионной выносливости металла с увеличением его ав> Высокая прочность металла в инертной среде обычно связана с метастабильным состоянием, которое повышает его коррозионную активность;

гр'ужается в среду частично или полностью. Зеркало среды находится в контакте с воздухом и при перемешивании коррозионная среда постоянно обогащается кислородом. Приспособление, показанное на рис. 6, в, предназначено для периодической или постоянной подачи среды на образец капельным или струйным методом. При таком подводе среда наиболее обогащена кислородом. Первые две схемы (см. рис. 6), кроме того, позволяют в определенном интервале регулировать температуру образца и пригодны для его катодной или анодной поляризации. Для этого в камеру вводят электрод, чаще всего в виде платиновой спирали, пластины или сетки (см. рис. 6, а). Вторым электродом служит испытываемый образец. Оба электрода присоединяют к источнику электрического тока. Подобные приспособления широко используют также для исследования коррозионной выносливости металлов на машинах с вертикальным расположением образца.

Выбор материала, формы и микрогеометрии контактирующей поверх- <« ности контртела определяется условиями эксперимента. Так, например, при исследовании коррозионной выносливости высокопрочных титановых и алюминиевых сплавов, перспективных для изготовления труб для бурения глубоких и сверхглубоких скважин, контртела необходимо изго-'товлять из абразива (имитация условий трения трубы о разбуриваемую породу) или углеродистой стали (имитация условий трения бурильной трубы об обсадную колонну). При моделировании условий работы подшипников скольжения в качестве контртела необходимо использовать материал вкладышей подшипников и пр.

Для количественной оценки сопротивления коррозионной усталости применяют условный предел коррозионной выносливости aflc/ представляющий собой предел выносливости гладких или надрезанных образцов при совместном действии переменных напряжений и среды при заданной базе Л/ циклов. Индекс Я численно указывает на степень асимметрии цикла. Так, при симметричном цикле изгиба условный предел коррозионной выносливости обозначают с_^с> при пульсирующем цикле а . Если на образец действует осевая переменная нагрузка, то ее обозначают буквой р и ставят после показателя .асимметрии, например, о, — условный предел коррозионной выносливости при симметричном осевом'растяжении — сжатии. 'Условный предел коррозионной выносливости при кручении обозначают

Для того чтобы данные об условном пределе коррозионной выносливости имели практическую ценность, необходимо на графиках, в подрисуночных подписах или таблицах указывать базу испытаний, а также по возможности приводить более полные сведения об условиях испытаний, так как в подавляющем большинстве случаев при коррозионной усталости они проявляются значительно сильнее, чем при испытаниях в воздухе.