Магниевых протекторов

Вместе с тем обобщения экспериментальных исследований магниевых, алюминиевых, титановых сплавов, бронзы и сталей перлитного и аустенитного класса привели к возможности единого описания процесса роста трещины на основе введения в кинетическое уравнение модуля упругости [30]. В интервале скоростей 2,5-(10~5-10~4) мм/цикл было предложено описывать рост трещины уравнением, близким по структуре ко второму уравнению синергетики

За последние 15—20 лет резко возросла потребность в усталостных испытаниях образцов и конструктивных элементов из магниевых, алюминиевых и титановых сплавов. Это, с одной стороны, обусловлено широким применением легких сплавов в конструкциях машин, аппаратов и сооружений, элементы которых работают при переменных

Одним из способов вероятностной оценки характеристик сопротивления усталости на больших долговечностях является использование формированных методов испытаний. Применительно к образцам различных размеров и с различной степенью концентрации напряжений и натурным элементам конструкций из магниевых, алюминиевых и титановых сплавов форсирование может быть обеспечено испытанием объектов при одном — трех относительно высоких уровнях амплитуд напряжений, соответствующих долговечностям 5 • 104 — 5х X 106 циклов, с последующей графической или аналитической экстраполяцией кривых усталости в область требуемой долговечности (108—1010 циклов).

На рис. 1—3 для образцов и элементов конструкции из магниевых (ВМ65-1, МЛ5), алюминиевых (ВД6, В91, Д16, АВ, АДЗЗ) и титановых (ВТЗ-1) сплавов показаны кривые многоцикловой усталости^ построенные в указанных координатах по окончательному разруше-

По результатам массовых испытаний на усталость образцов, моделей и натурных элементов конструкций из магниевых, алюминиевых и титановых сплавов обосновано двухпараметрическое уравнение кривой многоцикловой усталости, описывающее экспериментальные данные как по окончательному разрушению, так и по образованию макротрещины усталости заданного размера, и дающее возможность построения квантильных кривых усталости до 108—1010 циклов по результатам форсированных испытаний на первых трех относительно высоких уровнях напряжений.

Эмали ЭП-140 различных цветов на основе смолы Э-41. Применяются для защитно-декоративной окраски изделий из магниевых, алюминиевых сплавов и сталей; отвердитель — №2 (33 ч. на 100 ч. эмали).

М. с. являются самым легким конструкционным металлич. материалом. Уд. вес их в зависимости от состава находится в пределах 1,76—2,0 г/см3, примерно в 4 раза меньше стали ив 1,5 раза меньше алюминия и его сплавов. Использование М. с. позволяет уменьшить вес и значительно повысить жесткость конструкций. Относит, жесткость при изгибе двутавровых балок равного веса и одинаковой ширины для стали равна 1, для алюминия — 8,9, а для магния — 18,9. Литейные М. с. по уд. прочности при комнатной темп-ре превосходят алюминиевые литейные сплавы, высокопрочные чугуны и нек-рые марки сталей. Сравнительные свойства магниевых, алюминиевых сплавов, сталей и чугуна приведены в табл. 4—10.

К эффективным и прогрессивным методам литья относится литье под давлением, применяемое для получения точных отливок из цинковых, магниевых, алюминиевых и медных сплавов с готовыми отверстиями и резьбой. Трудоемкость при литье под давлением в 3—8 раз ниже, чем при литье в песчано-глинистые формы. При этом способе обеспечивается экономия более 30% металла и создаются условия для применения автоматических и полуавтоматических машин. Коэффициент использования отливок (отношение массы готовой детали к массе отливки) при литье под давлением составляет 0,95, тогда как при литье в кокиль он равен 0,74.

Литье под давлением применяется для получения отливок из магниевых, алюминиевых, цинковых, медных и в отдельных случаях свинцовооловяни-стых сплавов.

В зависимости от обрабатываемого материала значения подач необходимо скорректировать, умножив на коэффициент: при обработке магниевых, алюминиевых и медных сплавов, а также чу-гунов — на 1,25; углеродистых сталей (конструкционных, качественных, высокой обрабатываемости, инструментальной) и легированных сталей (низколегированной, среднелегированной и инструментальной легированной) — на 1,07; теплостойких и коррозионно-стойких с ав р < 900 МПа, жаростойких и жаропрочных сталей — на 1,0; теплостойких и коррозионно-стойких с ствр > 900 МПа,

Стационарные и поворотные тигельные печи применяют для плавки, выдержки и подогрева оловянных, свинцовых, цинковых, магниевых, алюминиевых и медных сплавов.

Е„.д - разность потенциалов "протектор - днище" при разомкнутой цепи (для магниевых протекторов Еп-е принимается равным 1 В). Величина р3 определяется в зависимости от Rn:

Наладку защитной установки выполняют специализированные организации при обязательном участии представителя службы защиты. В процессе наладки проверке подлежат рабочие параметры защитной установки, величина потенциала труба — земля (сооружение — земля) и влияние защитной установки на смежные металлические сооружения. При наладке протекторной защиты проверяются потенциал протектора относительно земли (для магниевых протекторов эта величина составляет 1,5—1,6 В по МСЭ), сила тока в цепи труба—протектор и потенциал на трубопроводе. При наладке катодной и электродренажной защиты проверяются потребляемый ток, напряжение и потенциал труба—-земля в точке подключения. Защитная зона установки определяется расстоянием от точки ее присоединения к трубопроводу до участка, где потенциал достигает защитной величины. Величины граничных значений защитных потенциалов приведены в табл. 13.

Вышеприведенный показатель существенно различается для различных сплавов и, кроме того, зависит от условий применения протектора. Он колеблется в широких пределах, имея максимальное значение 0,98 для цинка и менее чем 0,5 для магниевых протекторов. Значения коэффициента «2, приведенные в табл. 7.1—7.4, относятся к холодной морской воде при прочих нормальных условиях. Отклонения в характере среды, уровне температуры и величине загрузок вызывают существенные изменения коэффициента «2.

Влияние нагрузки на величину «2 или на собственную коррозию протектора обусловлено тем, что катодный частичный ток /к зависит от потенциала или тока. Коррозия с кислородной деполяризацией не зависит от материала и потенциала, а выделение водорода с увеличением токовой нагрузки уменьшается. Кроме того, выделение водорода существенно зависит от материала, причем более благородные элементы сплава стимулируют собственную коррозию протектора. Поскольку в обоих случаях частичный ток /я не пропорционален токоотдаче /, согласно уравнению (7.6), не может быть значений а'2 или собственной коррозии, не зависящих от величины /. Однако в противоположность этому при анодной реакции по уравнению (7.5а) эквивалентная реакция по уравнению (7.56) с повышением потенциала или нагрузки тоже усиливается. В таком случае I к IK получаются пропорциональными между собой, и коэффициент а2 становится независимым от нагрузки. Приблизительно такие условия наблюдаются в случае магниевых протекторов, причем значение а2=0,5 может быть однозначно объяснено величинами 2=2 и я=1 [2]. Другое объяснение этой величины а2 основывается на механизме, по которому на поверхности протектора имеется активный участок, пропорциональный току, на котором вследствие гидролиза происходят коррозия с кислородной деполяризацией и выделение водорода [3, 4]1 В этом случае понятны и значения, отличающиеся от а2=0,5, в том числе и меньшие. Оба механизма практически уже нельзя различить, если места протекания частичных реакций по уравнениям (7.5а) и (7.56) очень близки между собой.

Оптимальный рабочий диапазон магниевых протекторов располагается при величинах рН от 9,5 до 10,5. При более низких значениях рН возрастает собственная коррозия протекторов, стационарный потен-

К труднорастворимым соединениям, образующимся на магниевых протекторах при обычной токовой нагрузке, относятся гидроксид, карбонат и фосфат магния. Впрочем, растворимость гидроксида и карбоната еще сравнительно высока. Очень низкую растворимость имеет только фосфат магния. Движущее напряжение у магниевых протекторов при защите стали при не слишком малой электропроводности и> >500 мкСм-см"1 составляет около 0,65 В, т.е. в три раза выше, чем у цинка и алюминия. Магниевые протекторные сплавы применяются преимущественно там, где движущее напряжение цинковых и алюминиевых протекторов недостаточно или где опасность пассивации слишком велика. Магниевые протекторы используют при повышенном электросопротивлении среды и для получения большей плотности защитного тока. Объектами такой защиты могут быть стальные конструкции в пресной воде, балластные танки для пресной воды, водоподогреватели и резервуары для питьевой воды. В случае резервуаров для питьевой воды важное значение имеет физиологическая безвредность продуктов коррозии (см. раздел 21.4). Здесь нельзя, например, применять алюминиевые протекторы, активированные ртутью. В грунте магниевыми протекторами можно защищать небольшие сооружения при удельном сопротивлении грунта до 250 Ом-м и более крупные резервуары и трубопроводы при сопротивлении грунта до 100 Ом-м. На объектах, имеющих органические покрытия для защиты от коррозии, в средах со сравнительно хорошей проводимостью иногда может оказаться необходимым промежуточное включение омического сопротивления для ограничения тока, чтобы не допустить повреждения покрытия слишком большим защитным током, или чтобы предотвратить установление слишком низких потенциалов (см. раздел 6).

Удельное Масса для магниевых протекторов, % Масса для цинковых протекторов, %

Число различных форм протекторов с течением времени значительно сократилось. Например, среди магниевых протекторов варианты для быстрой предварительной поляризации (так называемые бустерные протекторы) почти полностью вышли из употребления. В различных нормативных документах [7,22, 28,29] сформулированы более или менее четкие указания по конструированию протекторов. Большинство изготовителей ориентируется на эти указания в первую очередь для того, чтобы обеспечить эффективную взаимозаменяемость протекторов. Главным образом это относится к наружной защите судов.

Сообщалось также и о так называемых многослойных протекторах из различных протекторных материалов [31]. Такие протекторы должны вначале давать ток большой силы для предварительной поляризации, а затем в течение длительного времени работать с малым током при возможно большей токоотдаче (в ампер-часах). Когда такие протекторы имеют наружную оболочку из магниевого сплава и сердечник из цинка, температура плавления сердечника оказывается более низкой, чем у материала оболочки. Это соответственно усложняет технологический процесс изготовления. Однако та же цель может быть достигнута и проще при сочетании протекторов из различных материалов [82], например при использовании магниевых протекторов для предварительной поляризации и цинковых или алюминиевых протекторов для длительной защиты.

При расстоянии между протекторами 10—12 м взаимное их влияние настолько мало, что и для компактных, и для стержневых магниевых протекторов можно принять в расчет коэффициент f =1,1 (см. 24.2).

При еще сравнительно низкой плотности защитного тока 200 мкА-м-2 и одностороннем расположении группы протекторов на рассматриваемом резервуаре-мазутохранилище, как и следовало ожидать, было достигнуто достаточное снижение потенциала даже и на стороне экранирования тока; потенциал выключения, измеренный там при помощи измерительного канала на стенке резевуара на глубине около 2 м от поверхности земли, составил — 0,88 В (по медносульфатному электроду сравнения). На противоположной стороне резевуара потенциалы выключения получились в пределах минус 0,90—0,94 В. Указанные значения потенциалов были измерены при защитном токе 10 мА (протектор 1 давал ток силой 6 мА, протектор 2—4 мА), причем в цепь защитного тока было включено дополнительное омическое сопротивление 8 Ом (рис. 12.2). При прямом соединении между резервуаром-хранилищем и группой магниевых протекторов начальный защитный ток составил около 16 мА, однако после поляризации продолжительностью 1 ч он уменьшился до 14 мА. Таким образом, запас по защитному току, отнесенный к устанавливающемуся току при длительной работе 10 мА, во время пуска в эксплуатацию системы протекторной защиты составил 40 %.