Проявление водородной

В большинстве случаев крз'пногабаритные конструкции являются уникальными объектами, изготавливаемыми по индивидуальным проектам для конкретных производств. Большие габариты и масса обусловливают высокую стоимость объекта. Поэтому невозможно провести полноценные испытания на надежность. Определенные возможности открываются при переходе от испытаний аппаратов к более низкому уровню- испытаниям образцов для исследования свойств конструкционных материалов и оценки их влияния на безотказность и долговечность всей конструкции. Однако при таком переходе неизбежно проявление масштабного фактора, поэтому некритическое использование результатов подобных испытаний может привести к неточным или ошибочным вьшодам.

В большинстве случаев колонны нефтеперерабатывающих и нефтехимических установок являются уникальными объектами, изготавливаемыми по индивидуальным проектам для конкретных производств. Большие габариты и масса обусловливают высокую стоимость аппаратов. Поэтому невозможно провести полноценные испытания на надежность. Последние сводятся к гидро- или пневмоиспытаниям колонны. Более широкие возможности открываются при переходе от испытаний аппаратов к более низкому уровню- испытаниям образцов для исследования свойств конструкционных материалов и оценки их влияния на безотказность и долговечность колонн. Однако при таком переходе неизбежно проявление масштабного фактора, поэтому некритическое использование результатов подобных испытаний может привести к неточным или ошибочным выводам.

Однако оказалось, что указанные свойства резко зависят от размера нитевидных кристаллов; с увеличением диаметра кристаллов их прочностные свойства заметно снижаются и становятся близкими к свойствам обычных кристаллов. Резкое проявление масштабного фактора в данном случае объясняется, по-видимому, тем, что ^кристаллы значительных размеров (диаметром более 5—10 мк) содержат уже достаточно большое число дефектов и главным образом дислокаций, что приближает их >к обычным кристаллам.

Установлено, материалу Sepcarb-4D свойственно проявление масштабного эффекта, что имеет место не только при изучении разрушения материала 4D, но и при определении деформационных характеристик: значение модуля сдвига в главной плоскости упругости симметрии (G0), определяемое из опытов на кручение, зависело от диаметра и длины образца (табл. 6.24). Данные табл. 6.24 свидетельствуют о том, что модуль сдвига материала 4D, определенный на коротких образцах с малым диаметром, существенно меньше его значения для материала с длинными непрерывными волокнами. Повышенное реальное значение GO для материала Sepcarb-4D указывает на ограничение снизу, полученное из анализа соотношений (6.1)— (6.3) при vc = 0,5, которое устанавливает, что 3G0 > ?, т. е. 0„ > 15,27 ГПа.

9) при испытании сталей в коррозионной среде наблюдается отрицательное проявление масштабного фактора — предел выносливости увеличивается с увеличением диаметра образца;

Иными словами, Харрис показал, что величину q можно рассматривать не как константу материала, а как проявление масштабного эффекта. Переходя к определению области нераспространяющихся усталостных трещин, последнее выражение можно переписать в виде

В работе А. В. Карлашова подтверждено влияние среды на предел выносливости стали марки 20Х. Установлено, что жидкие среды снижают выносливость стали и это снижение зависит от активности среды и диаметра образца. Проявление масштабного фактора в зависимости от активности среды, воздействующей на поверхности образца, различно. Так в поверхностно-активных, но-химически не агрессивных средах (смазочные масла) с увеличением диаметра образца выносливость снижается, а в коррозион-но-агрессивных средах с увеличением диаметра образца выносливость повышается.

При существующих толщинах несущих элементов корпусов реакторов проявление масштабного фактора как при формировании термомеханического напряженного состояния, так и при оценках прочности становится весьма существенным.

Г.В.Карпенко и А.В.Карлашов еще в 50-х годах установили, что увеличение диаметра гладких образцов из нормализованной стали 2QX с 16 до 32 и 40 мм в воздухе уменьшает предел выносливости с 270 до 253 и 245 МПа, а в воде при /V = 2 • 107 цикл соответственно увеличивает условный предел коррозионной выносливости с 125 до 143 и 157 МПа. Испытания проводили при консольном изгибе образцов с частотой 33 Гц. Таким образом в коррозионной среде была установлена инверсия масштабного фактора, т.е. влияние диаметра образца на выносливость в коррозионной среде противоположно влиянию в воздухе. Г.В.Карпенко [25] сделал вывод, что любая причина, способствующая увеличению прочности приповерхностных слоев металла, должна усиливать проявление масштабного эффекта и образцы малого диаметра должны быть прочнее образцов большого диаметра и наоборот, любая причина, уменьшающая прочность приповерхностных слоев металла, должна снижать проявление масштабного фактора.

Уменьшение предела выносливости с увеличением длины образца подтверждено также автором и Я.Л.Побережным'при испытании образцов диаметром 10 мм различной длины из мартенситной нержавеющей стали 13Х12Н2ВМФ (рис. 68). Показано, что поверхностно-активная, среда усилила проявление масштабного эффекта.

3. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЯВЛЕНИЕ МАСШТАБНОГО ФАКТОРА

Приведенные факты показывают, что коррозионное растрескивание можно рассматривать как проявление водородной хрупкости, связанной с повышением содержания водорода в металле. Интересно заметить, что изменение механических свойств металла вследствие наводороживания может быть обратимо, если количество введенного в металл водорода не достигло некоторого критического значения, Путем десорбции водорода, растворенного в металле, можно восстановить механические свойства металла.

Водородная коррозия является результатом химического взаимодействия водорода с карбидной составляющей стали. Внешне проявление водородной коррозии означает сильное снижение прочности стали без заметного разрушения поверхности. Появление водородной коррозии связывают с несколькими явлениями:

Водородная усталость стали при циклически изменяющихся напряжениях может наблюдаться в чистом виде при катодной защите стальных объектов, подверженных циклическим напряжениям в коррозионных средах. Катодная защита устраняет частично или полностью анодные процессы на защищенном объекте, т.е. коррозионное разъедание и растворение металла, но не устраняет, а наоборот усиливает такие катодные процессы, как выделение ионов водорода на металле. Последнее приводит к наводороживанию металла, что вызывает появление водородной хрупкости, характеризующейся снижением пластичности и сопротивления отрыву. Проявление водородной хрупкости при циклическом нагружении металла и является, в сущности говоря, водородной усталостью.

Проявление водородной хрупкости обусловлено воздействием ряда факторов. В первую очередь водородная хрупкость определяется концентрацией и формой состояния водорода в стали. Этот фактор определяет также и обратимость водородной хрупкости. Если наво-дороживание не перешло определенных границ и в стали не произошла сегрегация молекулярного водорода в коллекторах, образование пузырей и расслаивание стали, то со временем растворенный в стали водород (в виде протонов) может десорбировать из металла, что приведет к исчезновению водородной хрупкости (старение стали).

Проявление водородной хрупкости связано также с некоторыми условиями деформации, в частности с факторами, определяющими диффузию водорода в стали во время ее деформации. К этим факторам относится температура и скорость деформации. Повышение скорости деформации и снижение температуры тормозят развитие диффузионных процессов и тем самым предотвращают проявление водородной хрупкости.

Выше рассматривалось проявление водородной хрупкости неде-формированной отожженной стали. Поскольку, однако, при эксплуатации наводороживанию подвергаются реальные детали, имеющие значительно деформированную решетку, представляет интерес рассмотрение влияния предварительной холодной деформации на эффект водородного охрупчивалия. Этот вопрос изучался [198] путем определения влияния наводороживания на механические свойства горячекатаной и холоднодеформированной (с обжатием 25 и 45%) мягкой стали. Было установлено, что показатели пластичности стали быстро

Многочисленные исследования влияния водорода на механические характеристики стали проводились на предварительно наводорожен-ном металле. Проявление водородной хрупкости на металле, наводо-роженном в процессе деформации, не исследовалось, хотя оно распространено на практике, так как многие детали машин и аппаратов наводороживаются в процессе их эксплуатации. В связи с. этим сначала М. И. Чаевский [164], а затем Р. И. Крипякевич [49, 60—63, 90, 91] исследовали в лаборатории Института машиноведения и автоматики АН УССР водородную хрупкость стали, наводороженной в процессе ее деформации.

что совпадает с данными опытов [2081, и на связанное с этим весьма интенсивное проявление водородной хрупкости в очень малое время, в течение которого происходило наводороживание. В связи с этим

В этих опытах изучалось проявление водородной хрупкости отожженной стали 20 при простом одноосном растяжении со скоростями 0,025; 0,1; 0,2; 0,8; 12; 16; 105 мм/мин. Наводороживание производилось в процессе деформации в 26% -ном растворе HjSQj при плотности тока ?)к=2,2 а/дм1. Образцы стандартные, шлифованные, имели диаметр рабочей части 10 мм. Исследования производились на испытательной машине ИМ-12 со специальным редуктором, позволявшим осуществлять несколько ступеней скоростей деформации.

грамма, представленная на фиг. 35 (кривые 2а и 26), показывает одновременное влияние скорости деформации и времени наводорожива-ния на проявление водородной хрупкости стали. Интересно, что эта диаграмма аналогична диаграмме на фиг. 34, полученной для предварительно наводороженной стали (в этих опытах время наводорожи-вания всех образцов было одинаковым [187]).

Таким образом, можно констатировать, что увеличение скорости деформации снижает проявление водородной хрупкости как у образцов, предварительно наводороженных, так и у образцов, наводорожи-ваемых в процессе деформации.