Локальное повышение

В настоящее время для изготовления ГМР и компенсаторов широко используются конструкционные материалы, имеющие различную природу и коррозионную стойкость, такие, как нержавеющие хромоникелевые сплавы, жаропрочные сплавы на никелевой основе, сплавы титана, к которым предъявляются требования повышенной коррозионной стойкости и сопротивляемости усталостному разрушению, а также определенные технологические требования (пластичность, удовлетворительная свариваемость). Исходя из предпосылки о коррозионно-механической природе разрушения ГМР и компенсаторов, были проведены сравнительные кор-розионно-усталостные испытания хромоникелевой нержавеющей стали 12Х18Н10Т (18-10) и сплава на никелевой основе 12Х25Н60В15 с целью выбора материала повышенной долговечности при работе в различных коррозионно-активных средах (совместно с С.Н. Давыдовым). При этом в качестве последних были выбраны электролиты, обусловливающие различное электрохимическое поведение исследуемых сплавов: дистиллированная вода, в которой стали находятся в устойчивом пассивном состоянии; 3 %-ный раствор хлорида натрия, имитирующий пластовые воды и атмосферу морского климата, в котором возможно локальное нарушение пассивности сплавов за счет питтингообразования при наличии хлор-ионов: 60 %-ный раствор азотной кислоты как энергичный окислитель, в котором материалы находятся в области активного растворения. Причем все перечисленные среды в той или иной степени моделируют основные натурные транспортируемые продукты (обводненную нефть и нефтепродукты - топливо, масло, специальные синтетические жидкости; сжатый воздух).

3 - область пассивности, которая наступает при достижении потенциала полной пассивации Епп. В этой области изменение потенциала не влияет на скорость растворения металла, остающуюся постоянной и соответствующую величине плотности тока полной пассивации lnn. Металл в пассивном состоянии не является абсолютно инертным, вследствие чего величина inn никогда не достигает нулевого значения. Смещение потенциала в этой области в сторону отрицательных значений вызывает увеличение 1ПП только после: того, как его величина.. достигнет^уровня Епп. Электродный потенциал начала активации металла называют Фладе-потенциалом. При наличии в коррозионной среде ионов-активаторов (например, галоидных ионов СГ". 1~ Вг~и др.) может наступить локальное нарушение пассивного состояния в результате протекания реакции

Для металла в случае длинноволновых упругих колебаний плотности из условия постоянства уровня Ферми везде по кристаллу была найдена величина потенциала деформации [5], характеризующая локальное нарушение электронейтральности:

Как отмечалось выше, длинноволновые колебания кристаллической решетки способны вызвать локальное нарушение электронейтральности, характеризующееся потенциалом деформации, который в пределах линейно упругих макроскопических деформаций тела имеет весьма небольшую величину. Примерно такую же незначительную величину дает среднее нелинейное расширение дислокаций '(макроскопическая средняя дилатация тела, вызванная пластической деформацией).

Для металла в случае длинноволновых упругих колебаний плотности из условия постоянства уровня Ферми везде по кристаллу была найдена величина потенциала деформации [9], характеризующая локальное нарушение электронейтральности:

Как отмечалось выше, длинноволновые колебания кристаллической решетки способны вызывать локальное нарушение электронейтральности, характеризующееся потенциалом деформации, который в пределах линейно упругих макроскопических деформаций тела имеет весьма небольшую величину. Примерно такую же незначительную величину дает среднее нелинейное расширение дислокаций (макроскопическая средняя дилатация тела, вызванная пластической деформацией).

В до Н — от об. до т. кип. в природной воде с высоким содержанием хлоридов и сульфатов. В некоторых случаях, особенно в воде умеренной жесткости, защитная пленка, полученная при анодировании, обесцвечивается, что не оказывает влияния на ее устойчивость. Обесцвечивания можно избежать посредством предварительного погружения на 30 мин в кипящую дистиллированную воду, содержащую 0,1% аммиака. В других случаях наблюдается локальное нарушение целостности пленки. Добавление небольшого количества хромата или силиката натрия (5—100 мг/л) способствует улучшению устойчивости.

Если процесс деструкции будет проходить в диффузионно-кинетической области (случай, наиболее характерный для листовых покрытий), то наиболее вероятным становится локальное нарушение сплошности, вызываемое коррозионным растрескиванием покрытия. При деструкции полимера во внутренней диффузионно-кинетической области в полимерном покрытии образуется слой деструктивного материала, менее прочный и более хрупкий, чем слой, в котором деструкция еще не прошла. Этот охрупченный слой движется по мере проникновения среды в полимер и служит источником зарождения трещин, которые при определенных условиях могут прорастать в глубь неповрежденного материала.

работки, на воздухе и в 3 % -ном растворе хлорида натрия с одновременной анодной поляризацией, имитируя условия эксплуатации сильфонного компенсатора для тепловых сетей ЕАЛР. 302645 и возможное локальное нарушение пассивного состояния стали за счет питтингообразования при наличии хлор-ионов. Анодную поляризацию осуществляли от внешнего источника постоянного тока. В процессе испытаний потенциал поддерживали постоянным и регистрировали вольтметром относительно хлор-серебрянного электрода сравнения. Температура при проведении испытаний составляла 20. ..25° С. Методика коррозионно-усталостных испытаний приведена в главе 2.

Более технологичен магнитографический метод, заключающийся в намагничивании предварительно размагниченной магнитной пленки, которая накладывается на контролируемый участок. На пленке фиксируется локальное нарушение магнитных силовых линий в месте дефекта, если такой имеется в шве. Записанная магнитограмма воспроизводится с помощью специального считывающего устройства на экране осциллографа.

Для смачивания паяемого металла жидким припоем не всегда необходимо полиостью удалять с его поверхности окясную пленку. При возможности плавления паяемого металла под окисной пленкой (в контакте с жидким припоем или вытесненным из флюса жидким металлом) достаточно локальное нарушение ее сплошности. Смачивание поверхности паяемого металла припоем и его затекание в зазор при этом будут происходить в результате отделения окисной пленки от паяемого металла в процессе его контактного-подплавления под пленкой и диспергацией последней. Плавление паяемого металла в жидком припое под окисной пленкой от мест нарушения ее сплошности ускоряет процесс флюсования Мк.

По Ирвину явления, происходящие у устья трещины, могут быть описаны с помощью параметра К, который представляет собой коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, или локальное повышение растягивающих напряжений у ведущего конца трещины: К— Кам V пс, где Y — безразмерный коэффициент, зависящий от типа (размеров) образца и трещины; ан — номинальное (среднее) напряжение вдали от трещины, МПа; с — длина трещины, м. Отсюда размерность К имеет вид: МПа-мУ».

При жестком облучении нейтронами или другими высокоэнергетическими частицами кристаллическая решетка металла претерпевает изменения, напоминающие те, что происходят при глубокой холодной деформации. Появляются вакансии в решетке, меж-узельные атомы, дислокации; это увеличивает скорость диффузии специфических примесей или легирующих компонентов. В процессе облучения может происходить локальное повышение температуры — так называемый «.температурный пик». Существуют два типа пиков: термические, при которых практически все атомы остаются на своих местах в решетке, и пики смещения, когда множество атомов перемещается в междоузельные положения.

В 1913 году в своей работе в журнале Transactions of the Institution of Naval Architects С. Инглис показал, что любые геометрические нерегулярности (отверстия, острые углы, трещины и т. п.), которые ранее не принимались во внимание, могут очень резко повышать локальные напряжения в узкой области. Вблизи отверстий и вершин надрезов напряжения могут превышать разрушающее напряжение материала, даже если общий уровень напряжений достаточно мал и конструкция представляется абсолютно безопасной. Почти любые отверстия, трещины и изломы очертаний твердого тела, непрерывного в других отношениях, вызывают локальное повышение напряжений. На рисунке 2.1.1, а показана однородная гладкая пластина при одноосном растяжении. Штриховые силовые линии (траектории напряжения), пересекающие пластину, показывают направления приложенных напряжений.

Не зависящий от положения в полярных координатах / и <р параметр К называется коэффициентом интенсивности напряжений. Он характеризует локальное повышение уровня растягивающих напряжений у вершины трещины. Несмотря на необычную размерность, МПа-м1/2, коэффициент К может быть интерпретирован как напряжение, действующее впереди вершины трещины вдоль направления ее распространения на расстоянии 1/2л мм от вершины. Другими словами, если мы знаем величину К в какой-то момент развития трещины, то, разделив его на -fzii * 2,5, получим значение напряжения в точке, удаленной на 7 мм от вершины трещины в направлении ее дальнейшего развития. Возможны три типа смещения поверхностей трещины друг относительно друга (рисунок 2.1.8) . Тип I раскрытия трещин под действием растягивающих напряжений является наиболее практически важным. Поэтому из трех возможных коэффициентов интенсивности напряжений К], Кй и Кщ в дальнейшем будет рассматриваться только К\. Поскольку размеры разрушаемого образца или детали всегда конечны, при расчете Kj по формуле (2.1.14) учитывается еще поправочный коэффициент Y, зависящий от геометрии образца (детали) и трещины:

При прохождении фронта волны наблюдаются колебания потенциала образца, а также локальное повышение температуры.

Локальное повышение температуры внутри кристаллической решетки столь высоко, что может происходить даже испарение кристалла. В этом случае атом может освободиться от влияния сил связи окружающих атомов, что вызовет его диффузию. Е!сли атом, движущийся с большой скоростью, находится вблизи свободной поверхности, он может уйти в окружающую среду (процесс сублимации).

В 1913 году в своей работе в журнале Transactions of the Institution of Naval Architects С. Инглис показал, что любые геометрические нерегулярности (отверстия, острые углы, трещины и т. п.), которые ранее не принимались во внимание, могут очень резко повышать локальные напряжения в узкой области. Вблизи отверстий и вершин надрезов напряжения могут превышать разрушающее напряжение материала, даже если общий уровень напряжений достаточно мал и конструкция представляется абсолютно безопасной. Почти любые отверстия, трещины и изломы очертаний твердого тела, непрерывного в других отношениях, вызывают локальное повышение напряжений. На рисунке 2.1.1, а показана однородная гладкая пластина при одноосном растяжении. Штриховые силовые линии (траектории напряжения), пересекающие пластину, показывают направления приложенных напряжений.

Не зависящий от положения в полярных координатах / и <р параметр К называется коэффициентом интенсивности напряжений. Он характеризуег локальное повышение уровня растягивающих напряжений у вершины трещины. Несмотря на необычную размерность, МПа-м172, коэффициент К может быть интерпретирован как напряжение, действующее впереди вершины трещины вдоль направления ее распространения на расстоянии 1/2тг мм от вершины. Другими словами, если мы знаем величину К в какой-то момент развития трещины, то, разделив его на -/2л « 2,5, получим значение напряжения в точке, удаленной на 7 мм от вершины трещины в направлении ее дальнейшего развития. Возможны три типа смещения поверхностей трещины друг относительно друга (рисунок 2.1.8) . Тип I раскрытия трещин под действием растягивающих напряжений является наиболее практически важным. Поэтому из трех возможных коэффициентов интенсивности напряжений Ль /Гц и Km в дальнейшем будет рассматриваться только К\. Поскольку размеры разрушаемого образца или детали всегда конечны, при расчете /<", по формуле (2.1.14) учитывается еще поправочный коэффициент Y, зависящий от геометрии образца (детали) и трещины:

На изломах длительного статического и однократного нагру-жения отмечался разный характер связи расположения пластичных ямок с частицами упрочняющих фаз: если при длительном нагружении более пластичный характер разрушения наблюдается, как правило, в области расположения мелких частиц упрочняющих фаз, то при однократном нагружении локальное повышение микропластичности разрушения связано с наличием более крупных по размеру частиц.

когда не реализуется на практике. Кроме того, при наличии на поверхности металла окисных пленок и нарушении их сплошности вследствие действия напряжений, может произойти локальное повышение скорости коррозионного процесса. Особенно важны эти факторы в процессах коррозионного растрескивания и коррозионной усталости, а также имеют значение при коррозионной кавитации и фреттинге.

Под схватыванием II рода понимается тот же процесс, однако •если в первом случае его причина —• интенсивная деформация поверхностных слоев, обусловленная атермической пластичностью, то во втором —• местное локальное повышение температуры.