Механическом разрушении

Возникновение пассивного состояния поверхности металла или сплава обычно вызывают окислительные среды (HNO:i, Kj, Сг2О7, КМпО4, КСЮз и др.). Окислительными свойствами обладает также растворенный в электролите кислород воздуха. Металлы, которые способны пассивироваться этим кислородом, называются самопассивирующимися, в отличие от металлов, пассивирующихся в растворах более сильных окислителей. Самопассивирующиеся металлы восстанавливают свое пассивное состояние при механическом повреждении поверхностного слоя, например, царапинами.

Хром относится к самопассивирующимся металлам, так что при механическом повреждении пассивной пленки она легко самопроизвольно восстанавливается и защитные свойства ее не теряются. Предполагается, что толщина слоя окислов на поверхности хромистых сталей составляет несколько молекулярных слоев. Пассивность хромистой стали приводит к сильному торможению анодного процесса коррозии и сопровождается сдвигом электродного потенциала сплава в положительную сторону.

Коррозионная стойкость железокремнистых сплавов определяется пленкой двуокиси кремния, образующейся на их поверхности, поэтому окислительные среды усиливают защитные свойства этой пленки. При механическом повреждении пленка под действием окислителей способна к «самозалечиванию». Высоко-кремнистые сплавы, стойкие в серной и азотной кислотах и их

Выбор легирующих элементов, а следовательно, и марки стали, определяется эксплуатационными условиями конструкций, для которых предназначается сплав. Для создания коррозионностойких (и жаростойких) сплавов на железной основе в качестве легирующего элемента ча!де всего применяется хром, так как хром обладает способностью передать свое свойство пассивироваться железоуглеродистым сплавам, а такяе повышает защитные свойства высокотемпературной окалины. Хром относится к самопассивирующимся металлам, при механическом повреждении пассивной пленки она легко самопроизвольно восстанавливается и защитные свойства ее не теряются. Если окислительные свбйства среды увеличиваются, то пассивируе-мость хромистых сталей возрастает. ;

Высокая коррозионная стойкость сплавов принципиально не исключает возможность появления так называемого коррозионного растрескивания даже в средах, где установлена их высокая коррозионная стойкость. ^Поэтому коррозионное растрескивание представляет большую опасность. Она заключается в том, что разрушение вязкого в нормальных условиях металла, подверженного одновременно воздействию напряжения и определенной активной среды, происходит хрупко, т.е. без заметных деформаций и при напряжениях, более низких, чем временное сопротивление и даже предел текучести. Этот вид разрушения наиболее характерен для высокопрочных металлических материалов, склонных к пассивации, но находящихся, однако, в условиях, когда пассивное состояние под влиянием агрессивной среды может нарушаться в зоне максимальных напряжений. У титана вследствие высокой устойчивости пассивного состояния и быстрой регенерации во многих средах пассивных оксидных пленок при их механическом повреждении, а также из-за достаточной пластичности чувствительность к коррозионному растрескиванию оказалась во много раз меньше, чем у высокопрочных и нержавеющих сталей, алюминиевых и магниевых сплавов. Но по мере разработки более 'прочных титановых сплавов и расширения области их применения были установлены случаи явного коррозионного растрескивания и определены многие агрессивные среды, способствующие этому явлению.

В. Ф. Щербинин проанализировал фазовый состав продуктов коррозии, образовавшихся при механическом повреждении защитной оксидной пленки в нейтральном 3 %-ном растворе NaCI. Оказалось, что продукты коррозии состоят на 50 % из чистого гидрида титана. Таким образом, и на поверхности излома коррозионного растрескивания, по всей вероятности, находятся гидриды титана, придающие ей темный цвет. О появлении гидридов может свидетельствовать и характер развития трещины при статическом и циклическом нагружениях. Измерение электрохимического потенциала при коррозионном растрескивании сплава ВТ5-1 показало, что трещина распространяется скачками и по мере ее углубления и интенсификации процесса коррозионного растрескивания частота скачков потенциала увеличивается. О прерывистом характере развития трещин при коррозионном растрескивании свидетельствует и анализ акустического спектра образца при разрушении. Если в самой начальной стадии роста трещин сигналы акустической эмиссии не регистрируются, то по мере удлинения трещины появляется скачкообразно нарастающее количество сигналов акустических импульсов.

— местные обнажения металла площадью до 0,5 см2 при сдвиге сгустка мастики краем обечайки, при выпадении комочка наполнителя или постороннего включения, а также при механическом повреждении;

Свинцовое покрытие на сталь обеспечивает защиту от кислотных и сернистых газов за счет образования сульфата свинца в порах покрытия. Металл, используемый для покрытия, выполняет роль катода по отношению к стали. При механическом повреждении покрытия сталь будет подвергаться коррозии.

Примечания: 1. При механическом повреждении стекло не должно распадаться на куски, но может иметь сеть радиально круговых трещин и отделившиеся кромки стекла общим весом не более 0,5% от веса всего образца.

Явление пассивности хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей в присутствии солей и кислорода, являющегося сильным окислителем, выражается в появлении защитной плотной пленки. При механическом повреждении пассивной пленки она легко самопроизвольно восстанавливается и защищает поверхность детали от дальнейшего воздействия окружающей среды.

К наиболее сильным пассивирующим элементам в окислительных средах относятся хром и алюминий, при этом пассивность у них возникает самопроизвольно на воздухе и в кислородсодержащих средах. Способность этих металлов к самопассивированию имеет большое значение, так как при механическом повреждении пассивной пленки она легко самопроизвольно восстанавливается и защищает поверхность металла от дальнейшего воздействия среды.

плитуды возникает только при чисто механическом разрушении металлических связей или продуктов коррозии в полости трещины [198]. На некоторых трубопроводах, изготовленных из трубных сталей с группой прочности Х70 ("Бергрор Херне"), наблюдались глубокие бороздки, сходящиеся к начальной области развития трещины, свидетельствующие о превалирующем вкладе механического фактора.

Коррозионное растрескивание, как и другие виды КМР, представляет собой особо опасный вид разрушения конструкционных материалов, находящихся под одновременным воздействием коррозионной среды и растягивающих механических напряжений, зачастую существенно более низких, чем предел текучести конструкционного материала. Воздействие коррозионной среды в случае КР сводится к следующему. В обычный баланс энергий, имеющий место при чисто механическом разрушении (нет взаимодействия металла с внешней средой), вносится поправка на выделение энер-пп1 в процессе электрохимической реакции. Это находит отражение в работе пластической деформации конструкционных материалов. Например, в ряде случаев для пластичных материалов, таких как трубные стали, она может уменьшиться за счет охруп-ш'вающего влияния среды, увеличения их предела текучести, ускоренного упрочнения металла в вершине трещины. При этом зажпую роль играет специфика коррозионной среды. Если среда кислая, то происходит наводороживание металла непосредственно перед вершиной трещины, что облегчает его разрушение. Нейтральные среды могут оказывать пластифицирующее действие и связанное с ним ускоренное упрочнение с исчерпанием пластичности металла в вершине трещины. Другие с^еды, даже, казалось бы, самые безобидные, в определенных условиях могут вызвать растрескивание (КР, щелочная хрупкость и др.). Таким образом, в присутствии коррозионной среды сопротивление растрескиванию всегда будет падать. Интенсивность же падения, очевидно, является функцией активности коррозионной среды, химического состава сплава и величины его электродного потенциала.

Подтверждением предложенной феноменологии развития трещины КР являются данные зарубежных ученых, обнаруживших нечувствительность метода акустической эмиссии на ее первом и втором этапах. очевидно, вследствие отмеченной квазистационарности процесса {постоянного чередования первого и второго этапов) и превалируют г;й роли в нем электрохимического фактора. Сигнал акустической имиссии вначитедьной амплитуды возникает только при чисто механическом разрушении металлических связей'. На некоторых трубопроводах, изготовленных из трубных сталей с группой прочности Х70 (например, фирмы "Вергрор Херне") наблюдались глубокие бороздки, сходящиеся к начальной области развития трещины, свидетельствующие о превалирующем вкладе механического фактора и практическом слиянии в один первого и второго этапов.

51. Ребиндер П.А. Значение физико-химических процессов при механическом разрушении и обработке твердых тех в технике // Вести. АН СССР. 1940. Вып. 8, 9. 363с.

Исследования [138, 58, 141, 142 и др.] образования трещин при коррозионно-механическом разрушении металла содержат вывод об анодном состоянии вершины трещины, причем при микроскопически малых размерах анодной зоны в вершине трещины плотность анодного тока достигает, например, в определенных условиях единиц и десятков ампер с одного квадратного сантиметра. Поэтому можно полагать, что в вершине трещины сосредоточенным источником генерируется анодный ток определенной мощности <7, и найти из соотношения (261) распределение линейной плотности катодного тока по стенкам трещины на модели капилляра ограниченной длины /, нагруженного точечным источником в точке х = /:

Исследования [64, 155, 158, 159 и др. ] образования трещин при коррозионно-механическом разрушении металла содержат вывод об анодном состоянии вершины трещины, причем при микроскопически малых размерах анодной зоны в вершине трещины плотность анодного тока достигает, например, в определенных условиях нескольких единиц или нескольких ампер с одного квадратного сантиметра. Поэтому можно полагать, что в вершине трещины сосредоточенным источником генерируется анодный ток определенной мощности q, и найти из соотношения (274) распределение линейной плотности катодного тока по стенкам трещины на модели капилляра ограниченной длины I, нагруженного точечным источником в точке х = I:

Первичными продуктами разрыва химических связей в полимерах (как при механическом разрушении, так и при термо-декструкции) являются свободные макрорадикалы с неспаренным электроном на конце цепи, характеризующиеся различным временем старения, различной стабильностью при обычных условиях.

При дроблении горных пород и руд, полезный компонент которых не отличается существенно по электрическим и физико-механическим свойствам от вмещающих пород, подобно кристаллам слюды, и не имеют искажающих поле включений, подобно металлическим рудам, главным механизмом, обеспечивающим селективность разрушения, является избирательная направленность роста трещин по границам контакта (срастания) минералов. Этому могут способствовать как свойственное гетерогенным системам наличие дефектов по границам контакта, так и характер нагружения твердого тела, приводящий к росту трещин. Принципиальное отличие условий нагружения материала в ЭЙ процессе (импульс давления ударной волны сменяется возникновением тангенциальных разрывных напряжений) от условий нагружения при механическом разрушении (преобладание напряжений сжатия и сдвига) и создает предпосылки для раскрытия поверхностей контакта кристаллов с вмещающей породой. В условиях разрыва даже минимальные локальные нарушения сплошности и дефекты по границам контакта способствуют раскрытию монокристаллических образований. На образце, приведенном на рис.5.27, видно как трещина, распространявшаяся в направлении, параллельном оси кристалла, огибает кристалл рубина вдоль его контакта с пустой породой, способствуя полному раскрытию кристаллов рубина. По этим причинам энергетическая оптимизация процесса дезинтеграции увязывается не столько с достижением минимальной энергоемкости, сколько с обеспечением условий для более продолжительного роста трещин при наименьших параметрах волны давления, а это, в свою очередь, обеспечит максимальное раскрытие и сохранность кристаллов драгоценных минералов.

Эффективность катодной защиты при коррозионно-механическом разрушении можно оценить по формуле:

Одним из первых способов пайки алюминия является способ, основанный на механическом разрушении окисной пленки, в процессе которого она соскабливается с поверхности металла острием шабера или абразива непосредственно под слоем расплавленного припоя. Несовершенство этого способа заключается в значительной «го трудоемкости и он, кроме того, не гарантирует надежности соединения, так как облуживание металла происходит не по всей поверхности, а лишь по царапинам, сделанным острием инструмента.

Коррозионная стойкость латуней также возрастает при присадке к ним алюминия (около 2%). Добавка алюминия способствует восстановлению защитных пленок при механическом разрушении, благодаря чему эти латуни обладают большей устойчивостью в условиях коррозионной эрозии и кавитации.