Коррозионно усталостных

Коррозионно-усталостные трещины имеют жесткую привязку к концентраторам напряжения в виде царапин, вмятин, сварных швов и т.д. Вместе с тем явление КР проявляется при специфическом воздействии карбонат-бикарбонатной среды, катодной поляризации и статически приложенных нагрузок на участках трубопровода с поврежденной изоляцией и усугубляется воздействием вибрации. Причем в результате изучения очагов разрушения по причине КР не наблюдалось привязки трещин к концентраторам

Для определения параметров рассмотренных моделей, входящих в (5.3), были проведены коррозионно-усталостные испытания трубной стали 17Г1С в условиях, моделирующих натурные (катодная поляризация, коррозионная среда). При постановке эксперимента [6] принимался во внимание следующий факт: в напряженном состоянии тонкостенных конструкций, таких, как магистральные газопроводы, изготовленные из высоковязких сталей, отсутствует состояние плоской деформации в вершине трещины. Поэтому для количественного описания всех этапов развития трещи7 ны использование аппарата линейной механики разрушения представляется неправомерным. Однако на начальном этапе разрушения можно предположить, что в вершине трещины все же реализуется состояние квазиплоской деформации и справедливо уравнение Пэриса.

Усталостные и коррозионно-усталостные испытания плоских ленточных образцов материалов УЧЭ проводились в условиях, аналогичных описанным выше. Хотя в процессе эксплуатации сильфоны УЧЭ воспринимают периодически изменяющиеся механические нагрузки в широких спектрах частот их изменения,, наи-

Так как напряжение на поверхности концентрируется в вершине надреза или в области дефекта, там и происходит быстрый рост трещин. Поверхностные дефекты (например, питтинги или усталостные трещины) действуют как эффективные концентраторы напряжений. К тому же в достаточно глубоких поверхностных дефектах электрохимический потенциал, как отмечалось ранее, отличается от потенциала поверхности; состав и рН раствора в местах поражений также изменяются вследствие работы элементов дифференциальной аэрации. Эти изменения в сочетании с повышенным локальным напряжением способны инициировать КРН или ускорить рост трещины. Именно поэтому титановые сплавы с гладкими поверхностями устойчивы к КРН в морской воде, но разрушаются, если на поверхности образовались коррозионно-усталостные трещины [44 ]. Действительное напряжение в вершине трещины глубиной а в напряженном пластичном твердом теле может быть рассчитано как коэффициент интенсивности напряжения KI. Для образца, изображенного на рис. 7.9, /Сг вычисляется по формуле [45, 46 ]

Коррозионно-усталостные трещины транскристаллитны. Они часто ветвятся (рис. 7.15), и вблизи основной трещины на поверхности металла обычно можно видеть несколько других. Усталостные трещины также транскристаллитны (исключения — свинец и олово), но появление более одной главной трещины крайне редко. При коррозионной усталости на поверхности металла могут образовываться коррозионные язвы, от которых берут начало трещины, хотя питтинг не обязательно предшествует коррозионно-усталост-ному разрушению.

Коррозионно - усталостные испытания проводились в растворе 1 в. МаНСОэ + 1 н. КааСОд при коэффициенте асимметрии цикла К близком к нулю, на образцах с V - образным надрезом глубиной 1 мм. с частотой нагружения 1 Гц, на воздухе и в модельной среде как без поляризации, так и при наложении поляризации величиной минус 0,82. 0,70. 0,62 В (ХСЭ), при уровне деформации 0.21Х. Выбор ука-канного уровня деформации был обусловлен наличием геометрических концентраторов напряжения на поверхности реальных труб, в которых, в соответствии с результатами проведенных авторами исследований (см. рис. 2.2), наблюдается высокая механохимическая актив-пост! стали в указанной сред*» при напряжениях, превышающих предел текучести. Коэффициент интенсивности напряжения равяитывалс). р соответствии с общепринятой методикой. Подбор эмпирических коэф-фш'иентов уравнения Пэриса проводился с помощью анализа 27...49 экспериментальных точек на каждую кривую на ЭВМ методом наименьших квадратов. При этом была обнаружена высокая степень корреляции (по параметру т) с результатами исследований, нроведеннкх !.а-

Коррозионно-усталостные испытания образцов проводят по жесткой схеме нагружения на установке, принципиальная схема которой приведена на рис. 3.10.

Коррозионно-усталостные испытания....... 248

ГлаваХ КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

контактно-усталостные 272 коррозионно-усталостные 115 кручение 17, 172 термические 146, 149 'усталостные двухчастотные 180, 181, 183

Коррозионно-усталостные трещины — это в большинстве случаев многочисленные трещины, разветвляющиеся по мере роста и заканчивающиеся пучками, напоминающими корневую систему растений (рис. 104). Они гораздо менее ориентированы, чем при усталостном разрушении без коррозионного влияния среды; в некоторой степени трещины коррозионной усталости аналогичны трещинам, возникающим при коррозии без воздействия внешних переменных нагрузок. В последнем случае ориентированность трещин еще менее определенная.

5.2. Методика проведения коррозионно-усталостных

5.3. Анализ результатов коррозионно-усталостных

Коэффициент интенсивности напряжения рассчитывался в соответствии с общепринятой методикой. Подбор эмпирических коэффициентов уравнения Пэриса проводился путем анализа экспериментальных точек (около пятидесяти) на каждую кривую методом наименьших квадратов [94, 99]. При этом была обнаружена высокая степень корреляции (по параметру т) с результатами исследований, проведенных ранее в условиях защиты морских сооружений [134]. Было установлено, что в модельной среде замедлялся рост коррозионно-усталостных трещин по сравнению с их интенсивностью на воздухе, по-видимому, вследствие затупления трещины в результате электрохимического растворения металла в ее вершине с последующей его пассивацией. При наложении потенциалов, соответствующих регламентированным значениям катодной защиты, увеличивалась длительность периода до зарождения трещины. Найденные в результате математической обработки значения эмпирических коэффициентов уравнения Пэриса приведены в таблице 5.1 (значения потенциалов пересчитаны на стандартную водородную шкалу - НВЭ).

Видно, что МКУ долговечность при одинаковых уровнях деформации сплава 12Х25Н60В15 значительно выше, чем стали 12Х18Н10Т. Микроструктурный анализ разрушенных образцов показал отличие сплавов и по характеру развития коррозионно-усталостных трещин. Так, в области низких уровней деформаций разрушение сплава 12Х25Н60В15 происходит, как правило, путем развития магистральной трещины, а у стали 12Х18Н10Т, наряду с основной магистральной трещиной, развивается ряд дополнительных микротрещин. Оценка степени влияний коррозионной средь; на усталостную долговечность материала позволила выявить следующие основные закономерности: коэффициент влияния средь;

Микрорельеф поверхности аустенитной стали 18-10. снятый методом реплик после 4 тыс. циклов нагружения на воздухе и кор-розионно-активной среде, подтверждает описанный механизм (рис. 44. 45). Структура стали после коррозионно-усталостных испытаний более дефектонасышена. Различимы деформационные двойники, свидетельствующие о больших энергиях, протекающих

микродеформаций. Число и размеры микронесплошностей также возрастают, появляются характерные усталостные бороздки, являющиеся зародышами будущих коррозионно-усталостных микротрещин. Значительно усиливается образование пор (полостей), зарождающихся из мельчайших надрывов в скоплениях дислокаций. Такие микроповреждения при коррозионной усталости охватывают практически всю поверхность образца, в то время как при усталости на воздухе энергии развиваемых микродеформаций достаточно лишь для микроповреждений отдельных, наиболее благоприятно ориентированных зерен. При этом границы зерен здесь еще достаточно эффективно затормаживают дефекты, способствуя поддержанию прочности на более высоком уровне.

5.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ.........................................................................................ПО

5.3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ.........................................................................................113

коррозионно-усталостных испытаний, поскольку в реальных конструкциях номинальные напряжения не превосходят предела текучести металла о> (в среднем ан «0,6стт). Тем не менее результаты анализа могут быть использованы при оценке долговечности реальных конструктивных элементов, наличие различного рода концентраторов способствует реализации в локальных областях упругоплас-тических деформаций при упругих номинальных напряжениях. Установлено, что в зоне концентраторов напряжений реализуется нагружение, близкое к жесткому, с коэффициентом асимметрии г = -1. Заметим, что приведенные зависимости (5. 51). ..(5. 55) справедливы и для симметричного цикла нагружения, так как МХЭ не зависит от знака напряжения [1].

Результаты коррозионно-усталостных испытаний образцов стали 45 с различной поверхностной обработкой

электролитов. Развивающиеся при упрочнении остаточные сжимающие напряжения препятствуют превращению равномерной коррозии в сосредоточенную и, таким образом, препятствуют развитию коррозионно-усталостных трещин. В зависимости от характера поверхностной упрочняющей обработки эффективность этого метода защиты различна. Обработка наклепом повышает коррозионно-усталост-ную прочность стали в нейтраль-ных и слабокислых агрессивных средах. Поверхностная электро-