Наступления пассивности

Последовательное возрастание асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности смены механизмов разрушения, поскольку указанная смена, согласно принципам синергетики, является свойством открытой системы. Внешние условия нагружения влияют только на диапазон, в пределах которого ведущий механизм эволюции открытой системы остается неизменным. Более того, возможно создание таких внешних условий, когда один из механизмов разрушения вообще не может быть реализован при неизменных параметрах цикла нагружения. Рассматривая влияние асимметрии цикла на рост трещин, следует ввести условие сохранения неизменным ведущего механизма разрушения в срединных слоях материала вплоть до наступления нестабильности. Таким условием является достижение некоторой пороговой величины асимметрии цикла (Rth)ps-При условии Rj > (Rth)Ps смена механизма роста трещины не происходит ни в срединной части образца, ни у поверхности вплоть до наступления нестабильного разрушения. При меньшей асимметрии цикла, чем введенная пороговая величина, в срединной части образца или детали могут быть последовательно реализованы в большей или меньшей мере все механизмы роста трещины, присущие данному материалу.

концентратора напряжений, что может способствовать возникновению трещины, а во-вторых, повышается уровень запасенной упругой энергии деформации ав2 / Е, (рис.7.1.3,6), что увеличивает вероятность наступления нестабильности возникшей трещины. Совокупное влияние этих факторов ограничивает возможности эффективного использования

стали 15ГБ привело к существенному снижению притупления вершины трещины перед страгаванием (80гш — 0,16 мм) по сравнению с 0,58 мм при +20 °С. При этом подрастание трещины на участке QP после страгивания происходило при несколько снижающейся нагрузке и завершилось наступлением нестабильности трещины, о чем свидетельствует внезапное возрастание скорости dV/dt на несколько порядков, фиксирующее мгновенное разделение образца на две части. Наглядное подтверждение изменения характера разрушения при продвижении трещины в направлении толщины дает распределение пластических удлинений волокон 8^ = F(z) этого образца. Можно видеть, что подрастание трещины на участке QPna Л/= 0,5 мм сопровождалось пластической деформацией всей толщины перемычки, а с момента наступления нестабильности трещины (точка F) дальнейший разрыв происходил хрупко, без каких-либо приращений 8^. Поскольку этому хрупкому разрыву предшествовало развитие макропластических деформаций, то характер разрушения следует классифицировать как вязкохрупкий.

Так, в случае хрупкого разрушения, когда стронувшаяся трещина становится сразу нестабильной, корректность использования равенства KIQ = Klc сомнений не вызывает. При вязкохрупком разрушении, поскольку нестабильность трещины наступает не сразу, а после ее подрастания на А/ порядка 0,5 мм, то значение нагружающего усилия Рразр в момент наступления нестабильности может несколько отличаться от значения усилия PQ в момент страгивания. Однако эти поправки, которые в случае необходимости могут быть учтены по результатам испытания, обычно мало изменяют значение К^с, подсчитанное исходя из равенства Кг Q = Кг с. При вязком характере разрушения использование критерия К1с, естественно, становится некорректным.

Таким образом, согласно ранее приведенной табл.7.5.2, характер разрушения всех образцов с поверхностной трещиной (табл.7.5.4) является хрупким и, казалось бы, сомневаться в корректности использования равенства KIQ = Klc нет оснований. Однако построенные по данным табл.7.5.4 зависимости KIQ- WVL afi - Wna рис.7.5.8 наглядно показывают наличие офаничении геометрического характера, связанных с необходимостью сохранения условий плоской деформации в зоне вершины трещины в момент наступления нестабильности ее развития. Можно видеть, что по мере увеличения обобщенного размера трещины до W= 6...7 мм значения К^ Q растут (рис.7.5.8), пока средние напряжения страгивания о„ не оказываются близкими к пределу пропорциональности апц металла образца. Это значит, что Кг Q еще не достигло критического уровня К1с, и страгивание трещины и ее нестабильность вызваны локализацией пластических деформаций, связанных с началом

• — коэффициент интенсивности напряжений в момент страгивания трещины К, е; Д — коэффициент интенсивности напряжений в момент наступления нестабильности трещины [135]

Своеобразие процесса разрушения в интервале температур Т}' 2 < Т < Т j можно проследить по результатам испытания образца из стали 15ГБ при -60 °С, представленным ранее в гл. 7 на рис.7.5.3,аД Можно видеть, что страгивание трещины в направлении толщины происходило вязко, так как ему предшествовало наступление текучести сечения образца (точка Q на рис. 7.5.3,с) и заметное притупление вершины исходной трещины ($0пл = 0,14 мм на рис.7.5.3,о). На первом этапе роста стронувшейся трещины до увеличения /0 в направлении толщины на Д/ = 0,5 мм ее движение протекало стабильно и сопровождалось увеличением пластических удлинений волокон сечения 5^ от 0,14 до 0,69 мм (участок QP на рис.7.5.3,6). Однако затем внезапно произошло резкое возрастание скорости раскрытия кромок dV/dt (точка Р на рис.7.5.3,а) и дальнейшее продвижение ее вершины в процессе превращения поверхностной трещины в сквозную протекало нестабильно при отсутствии дополнительных удлинений волокон 8^, т.е. разрушение приобрело хрупкий характер (рис.7.5.3,6). С учетом этого подсчет значений КИН в момент наступления нестабильности трещины при /0 + 0,5 мм можно считать корректным и пригодным для использования в качестве К1с. Результаты такого подсчета по данным сериальных испытаний образцов на рис. 11.3.4 показывают, что в диапазоне температур Т 2 < Т < Т j значения KIQ в момент страгивания трещины и К1с в момент наступления ее нестабильности практически совпадают. При этом их уровень оказывается примерно постоянным в пределах всего интервала температур вязкохрупкого перехода и близким по значению К1с при температуре. Г 2 [135].

Суждение о пригодности конкретного сварного соединения для работы в условиях заданного, диапазона низких температур должно основываться прежде всего на исключении возможности хрупкого разрушения, т.е. на исключении возможности наступления нестабильности трещины, стронувшейся при очередном нагружении от исходного дефекта, или от усталостной трещины, выросшей от него в процессе эксплуатации. Применительно к стыковому соединению для выполнения такой оценки пригодности необходимы данные:

Принято считать, что при значениях Kj > KIscc начинается субкритический рост трещины (штриховые линии на рис.13.2.1), вызывающий увеличение Kt вплоть до наступления нестабильности трещины при Kj = К1с. Скорость субкритического роста V = dl / fa трещины контролируется текущим значением Кг Типичные графики зависимости V = /(Kj ) показаны на рис. 13.2.2,с ,6. Для аналитического описания этой зависимости предложено [238] использовать формулу следующего вида

Рассмотренные особенности роста трещин в коррозионной среде нельзя не учитывать при оценке трещиностойкости конструкций. Смена участков фронта трещины, на которых происходит преимущественное развитие разрушения, хотя и вызывает ускорение субкритического роста отдельных участков фронта поверхностной трещины, однако общее продвижение этого фронта определяется совокупным действием ряда факторов. По-видимому, в качестве предельного состояния следует принимать не достижение Kj = K-lscc , a K: <, К1с на контуре фронта поверхностной трещины, так как именно этот момент характеризует возможность наступления нестабильности поверхностной трещины и внезапного превращения ее в сквозную.

Если рассматриваемый узел подвергается переменным нагрузкам, то предельное состояние наступления нестабильности трещины, установленное моделированием при монотонном нагружении, может рассматриваться как соответствующее переходу к скачкообразному продвижению усталостной трещины при очередном нагружении.

Если электролитом является вода, то обильный подвод к корродирующему металлу кислорода может сильно замедлить протекание анодного процесса вследствие наступления пассивности металла, что приведет к большой анодной поляризации и повышению коррозионной стойкости металла при преобладающем влиянии анодного процесса (см. с, 305).

В условиях возможного наступления пассивности (в присутствии окислителя и при отсутствии активаторов) контакт с катодным металлом может обеспечить наступление пассивного состояния основного металла и значительно снизить при этом скорость его коррозии, т. е. является катодным проектором (см. с. 323). Контакт с анодным металлом в этих условиях затрудняет наступление пассивности основного металла, а если последний находится в пассивном состоянии, может его депассивировать, что приводит к увеличению его коррозии (см. с. 306).

В условиях возможного наступления пассивности (в присутствии окислителя и при отсутствии депассиваторов) анодная поляризация металла от внешнего источника постоянного электрического тока (см. с. 321) может вызвать наступление пассивного состояния при достижении определенного значения эффективного потенциала металла и тем самым значительно снизить коррозию металла. Этот эффект также находит практическое использование в виде так называемой анодной электрохимической защиты.

§ 4. ОБЛЕГЧЕНИЕ НАСТУПЛЕНИЯ ПАССИВНОСТИ

§ 4. Облегчение наступления пассивности при дополнительном

В условиях возможного наступления пассивности контакт с катод-ним металлом моют облегчить наступление пассивности состояния основного металла и тем самым снизить скорость его коррозии.

После наступления пассивности восстановление пассиватора в отсутствие растворенного кислорода продолжается с низкой скоростью, эквивалентной /пас (<0,3 мкА/см2 — значение рассчитано из данных по скорости коррозии железа в хроматных растворах). При этом постепенно накапливаются оксиды железа и продукты восстановления хроматов. Возрастанию скорости восстановления способствуют факторы, увеличивающие /пас, напр"имер рост активности ионов Н+, повышение температуры, присутствие ионов С1~. Экспериментально установлено: потребление хромата падает со временем, отчасти потому, что образующийся со временем вторичный оксидный слой уменьшает площадь поверхности, на которой должно происходить возобновление пассивирующей пленки.

Алюминий — легкий металл (плотность 2,71-103 кг/м3), обладающий высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и многих водных средах. Это сочетается в нем с хорошей электро- и теплопроводностью. Он очень электроотрицателен в ряду напряжений, но пассивируется при контакте с водой. Хотя растворенный в воде кислород повышает коррозионную стойкость алюминия, его присутствие не является обязательным для наступления пассивности. Следовательно, Фладе-потенциал алюминия отрицательнее потенциала водородного электрода. Считается, что пассивирующая пленка на алюминии состоит из оксида алюминия, толщину ее, если окисление происходило на воздухе, оценивают в 2— 10 нм (20—100 А). Коррозионное поведение алюминия зависит даже от малых количеств - примесей в металле, причем все эти примеси, за исключением магния, являются по отношению к алю-

В условиях возможного наступления пассивности контакт с катодным

В условиях возможного наступления пассивности контакт с катодным металлом может облегчить наступление пассивного состояния основного металла и тем самым снизить скорость его коррозии.

Пассивное состояние поверхности металла может быть достигнуто при анодной поляризации, а также изменением состава коррозионной среды. Случаи наступления пассивности при анодной поляризации были рассмотрены выше. Классическим примером появления пассивности в отсутствие внешней поляризации является поведение железа в азотной кислоте (рис. 41).