Коррозионной устойчивостью

Особенностью этого вида разрушений по сравнению с обычной коррозионной усталостью является соизмеримость периодически напряженных участков с размерами отдельных кристаллов металла (напряжения второго рода). В связи с этим на кавитацион-ную стойкость сплавов большое влияние оказывают механическая прочность, структура и состояние границ зерен сплава. Например, чугун с шаровидным графитом более устойчив к кавитации, чем обычный чугун, а еще более устойчивы стали. Особый интерес представляет применение предложенных И. Н. Богачевым с сотрудниками сталей, самоупрочняющихся в процессе кавитации, например хромомарганцевой стали маркиЗОХ10Г10 (табл. 49).

Разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием агрессивной среды и переменных растягивающих напряжений, называется коррозионной усталостью. В химической промышленности нередки случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Разрушение вследствие усталости обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений. В условиях переменных напряжений разрушение металлов и сплавов происходит при напряжениях, меньших чем напряжения, необходимые для возникновения коррозионного растрескивания при растягивающих нагрузках.

5. Растрескивание. Растрескивание металла под действием периодических или растягивающих напряжений в коррозионной среде называют коррозионной усталостью. Если напряжение не превышает критического значения, называемого пределом выносливости или пределом усталости, то вне коррозионной среды металл не будет разрушаться при сколь угодно большом числе циклов нагружения* В коррозионной среде истинный предел усталости обычно не достигается, так как металл разрушается

может идти с высокой скоростью. Но даже в этом случае механический фактор очевиден: на поверхности металла появляется слой деформированных зерен, как если бы металл был сильно нагарто-ван — см. [15Ь, рис. 3 на стр. 599]. Действие же химического фактора можно заметить, например, по увеличенной потере массы металла, если использовать для опытов морскую воду вместо пресной. Существует предположение, что большая потеря массы металла в присутствии коррозионной среды объясняется локальной коррозионной усталостью [16]. Кавитационной эрозии подвержены роторы насосов, поверхности гребных винтов, лопатки водяных турбин, цилиндры дизельных двигателей, охлаждаемые водой [17]. Поэтому центробежные насосы должны работать при высоких давлениях, чтобы препятствовать образованию пузырьков. Что касается турбинных лопаток, то аэрация воды способствует уменьшению разрушений, вызванных схлопыванием пузырьков. Эластичные покрытия, такие как неопрен, резина и другие, придают значительную устойчивость к разрушению этого типа. Нержавеющая сталь 18-8 относительно устойчива (рис. 6.11), поэтому рна используется для облицовки лопаток водяных турбин. Для эффективной защиты от разрушения цилиндров дизельных двигателей добавляют в охлаждающую воду 2 г/л хромата натрия [18].

В коррозионной среде при данном уровне напряжения разрушение обычно наступает при меньшем числе циклов, и истинный предел выносливости не достигается (рис. 7.15). Другими словами, разрушение происходит при любой приложенной нагрузке, если число циклов достаточно велико. Растрескивание металла в результате совместного действия коррозионной среды и периодической или переменной нагрузки называется коррозионной усталостью. Почти всегда разрушения этого типа больше, чем сумма разрушений в результате действия коррозии и усталости отдельно.

На практике катодную защиту можно применять для предупреждения коррозии таких металлических материалов, .как сталь, медь, свинец и латунь, в любой почве и почти всех водных средах. Можно предотвратить также питтинговую коррозию пассивных металлов, например нержавеющей стали и алюминия. Катодную защиту эффективно применяют для борьбы с коррозионным растрескиванием под напряжением (например, латуней, мягких и нержавеющих сталей, магния, алюминия), с коррозионной усталостью большинства металлов (но не просто усталостью), межкристаллитной коррозией (например, дуралюмина, нержавеющей стали 18-8) или обесцинкованием латуней. С ее помощью можно предупредить КРН высоконагруженных сталей, но не водородное растрескивание. Коррозия выше ватерлинии (например, водяных баков) катодной защитой не предотвращается, так как пропускаемый ток протекает только через поверхность металла, контактирующую с электролитом. Защитной плотности нельзя также достигнуть на электрически экранированных поверхностях, например на внутренней поверхности трубок водяных конденсаторов (если в трубки не введены вспомогательные аноды), даже если сам корпус конденсатора достаточно защищен.

При одновременном воздействии на детали циклических нагрузок и коррозионной среды возникает явление более интенсивного накопления усталостных повреждений, называемое коррозионной усталостью. Предел выносливости вследствие влияния коррозионной среды снижается в 3 раза и более.

Важным признаком коррозионной усталости является практически полное отсутствие связи между механическими характеристиками при статическом и циклическом нагружениях в воздухе и условным пределам коррозионной усталости. Прямой связи нет и между коррозионной усталостью и коррозионной стойкостью металлов в ненапряженном состоянии. Легирование сталей хромом, никелем и другими элементами (не переводя их в класс коррозионно-стойких сталей) на несколько порядков повышает их коррозионную стойкость в нейтральных электролитах, но не оказывает существенного влияния на коррозионно-усталостную прочность 148]. Обычно более прочные металлы (структуры) в большей степени подвержены коррозионной усталости (см. рис. 27). При коррозионной усталости термическая обработка не дает повышения усталостной прочности.

Коррозионное растрескивание под действием среды может возникнуть в результате сочетания механически растягивающих напряжений и коррозии. При статических растягивающих напряжениях процесс называют просто коррозионным растрескиванием, а если напряжение переменно, то коррозионной усталостью. Между этими двумя процессами нет четкой границы; оба могут приводить к растрескиванию и разрушению. По современным воззрениям, причиной поражения являются не столько сами напряжения, сколько вызываемые ими деформации.

Механические воздействия на металл (внешние и внутренние напряжения, вибрация) ускоряют коррозионнный процесс; в таких случаях наблюдаемое разрушение конструкций называют коррозией под напряжением (коррозионное растрескивание) и коррозионной усталостью. Разрушение металлов может протекать по границам кристаллитов или в их толще. В последнем случае коррозия называется транскристаллитной.

В данном обзоре рассмотрены многие экспериментальные факторы, которые оказывают влияние на чувствительность к коррозионному растрескиванию титановых сплавов. Хотя общая основа была установлена, очевидно, что требуется дальнейший экспериментальный и особенно теоретический анализ. Таким образом, представленный обзор следует рассматривать как прогресс в этом направлении; несомненно, что некоторые дискуссионные практические и теоретические факторы в будущем будут преданы забвению. Необходимо подчеркнуть, что многие проблемы КР для специфических пар сплав/среда были решены вскоре после их открытия. Это не означает, однако, что такие проблемы не возникнут в будущем, но можно надеяться, что этот обзор будет полезен при распознании таких проблем. Субкритический рост трещин может происходить по механизму иному, чем при КР. Наиболее важным является рост усталостных трещин. В последние годы много внимания уделялось рассмотрению аналогии между коррозионным растрескиванием и коррозионной усталостью; имеются указания и на взаимосвязанность этих процессов. При применении титановых сплавов в авиационно-космической технике и при подвод-

Так как коррозионная стойкость дюралюминия незначительна, то изыскивали различные способы для защиты его от коррозии. Наиболее распространенный способ защиты его от коррозии — .плакирование чистым алюминием.1 Плакированный дюралюминий обладает такой же коррозионной устойчивостью, как чистый алюминий.

Низкое легирование незначительно изменяет коррозионную стойкость стали в морских условиях. Высоколегированные хромистые и хромоникелевые стали подвержены в морской воде местной щелевой и язвенной коррозии. Высокой коррозионной устойчивостью в морской воде обладает монель-металл (25—30% Си, остальное Ni), медь и ее сплавы.

При легировании коррозионно-неустойчивого металла атомами металла устойчивого, в данной агрессивной среде, при условии, что оба компонента дают твердый раствор, и при отсутствии в сплаве заметной диффузии, полученный сплав приобретает химическую стойкость только при определенных соотношениях компонентов в сплаве. Эти определенные соотношения для таких двухкомпонентных твердых растворов вытекают из так называемого правила границ устойчивости твердых растворов, сформулированного Тамманом и выражающего зависимость между концентрацией твердого раствора и его коррозионной устойчивостью (так называемое правило п/8).

более крупные частицы цементита, чем при распаде мартенсита. Скорость коррозии увеличивается с уменьшением размеров частиц карбида железа. Перлитная структура корродирует быстрее, чем сфероидальная, поэтому и сталь, содержащая мелкодисперсный перлит, обладает меньшей коррозионной устойчивостью, чем зернистая перлитная сталь [33]. Для понимания электрохимического механизма коррозии необходимо иметь представление как о количестве катодных включений цементита, так и об их состоянии. Коррозия протекает с катодным контролем и, следовательно, зависит от водородного перенапряжения и от площади межзерен-ных катодных включений.

иными словами, свойства металлов могут меняться в зависимости от места их использования. Например, оцинкованное железо обладает хорошей коррозионной устойчивостью в атмосфере сельской местности, но относительно менее устойчиво в городских условиях. Свинец, напротив, в атмосфере промышленных районов более коррозионноустойчив, чем где-либо в другом месте, так как на его поверхности образуется защитная пленка сульфата.

сокой твёрдостью, хрупкостью, тугоплавкостью, жаропрочностью характерны высокая электрич. проводимость и теплопроводность. Н. служат для создания жаропрочных сплавов, применяемых в технике высоких темп-р, в газотурбостроении, энергетике. На основе Н. создают ПП устройства, способные эксплуатироваться при высоких темп-pax; сверхпроводимость нек-рых Н. используют в технике низких темп-р, для создания сверхпроводниковых болометров (Н. ниобия). Высокая твёрдость Н. позволяет применять их как- абразив для обработки особо твёрдых материалов (боразон, или алмазопо-добный нитрид бора BN). Азотированием металлов (т. е. действием азота или аммиака на компактные металлы при нагревании) получают нитрид-ные покрытия, обладающие высокой твёрдостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью.

Во всех отраслях народного хозяйства широко используются пластмассы. Однако, обладая хорошей коррозионной устойчивостью, износостойкостью, великолепными диэлектрическими характеристиками, они уступают металлам в отношении механической прочности, теплопроводности, что затрудняет их использование в чистом виде. Вместе с тем применение пластмасс для тонкослойных покрытий металлов позволяет получать изделия и конструкции с двойным эффектом. В настоящее время в машиностроении для покрытия деталей и узлов машин расходуется 25—30 % полимерных материалов. В немалой степени этому способствуют технологические удобства, которые щедро предоставляет кипящий слой.

Визуальные наблюдения в большинстве случаев дополняют результатами измерения глубины коррозионного разрушения, особенно при неравномерной коррозии. Измерения производят с помощью различных глубиномеров со стрелочными индикаторами или других аналогичных приборов, определяя глубину пяти-шести наиболее глубоких язв. Сопоставляя показатель глубины с коррозионной устойчивостью, можно определить устойчивость металла по десятибальной шкале.

Хромовая кислота пассивирует железо вследствие окисления, но в очень концентрированной кислоте пассивирование поверхности металла не наблюдается. Перлит, осаждающийся по границам ферритных зерен, подвержен межкристаллитной коррозии. Низкоуглеродистые или поверхностно обезуглероженные стали обладают лучшей коррозионной устойчивостью, чем остальные углеродистые стали. При добавлении хлоридов, фтористоводородной, кремнефтористоводородной или серной кислоты скорость коррозии увеличивается.

Хромоникелевые аустенитные стали с 18% Сг и 8% Ni, co« держащие титан или ниобий, не склонны к межкристаллитной коррозии и обладают высокой коррозионной устойчивостью в водяном паре в широком интервале рабочих температур и при высоких давлениях.

Самой высокой коррозионной устойчивостью в расплавленном свинце обладают тантал и ниобий. Железо, углеродистая сталь, хромистые и хромоникелевые стали имеют хорошую устойчивость до 500—600°С. При более высоких температурах она понижается, так как наблюдается растворение преимущественно по границам зерен. Стали перлитного типа устойчивы к действию свинца при температурах до 600°С. Хромистые нержавеющие стали ферритного и маргенсигного типов (1X13, Х17) обладают высокой коррозионной устойчивостью до 540°С.