Разрушению поверхностных

кость, окалиностойкость,-способность металлов и сплавов противостоять при высоких темп-pax хим. воздействию, в частности разрушению поверхности (окислению) под действием воздуха или др. окислит, газовой среды.

С конструкцией скважин (фонтанная, газлифтная, насосная) и условиями эксплуатации связаны структура газожидкостного потока и его -коррозионная агрессивность. При фонтанном способе добычи нефти продукция отличается малой обводненностью. Водная фаза стабилизирована внутри нефти и оказывает незначительное коррозионное воздействие на металл. При газлифтных способах добычи нефти агрессивность водонефтяного потока и его структура зависят от состава сжатого газа. При добыче сероводородсодержащей нефти присутствие воздуха приводит к значительным коррозионным разрушениям. При использовании неочищенных газов, содержащих сероводород, скорость коррозионного разрушения оборудования значительно возрастает. Изменение давления и температуры по стволу скважины влияет на агрессивность газожидкостного потока. Снижение температуры смеси на выходе из скважины приводит к выделению неорганических солей и парафинов, способствующих экранированию поверхности металла за счет образования защитных пленок. Однако в этих условиях усиливается действие макрогальванических пар, приводящих к локальному разрушению поверхности.

Изнашивание при фреттинг-коррозии — это коррозионно-меха-ническое изнашивание соприкасающихся тел при малых относительных перемещениях [155]. Результатом фреттинг-коррозии является интенсивное хрупкое разрушение поверхностей трения. Для данного вида изнашивания характерно два одновременных процесса — схватывание и окисление, причем их интенсивность значительно выше,; чем в условиях обычного трения скольжения. Схватывание — местное соединение контактирующих поверхностей — наблюдается даже при невысоких нагрузках. Разрушение поверхности при фреттинг-коррозии проявляется в виде натиров, налипаний, раковин или вы-рывов, заполненных продуктамит!знашивания. Первым диагностическим признаком фреттинг-коррозии служит появление на поверхности трения окрашенных пятен, в которых находятся деформированные окислы. Рост амплитуды колебаний трущихся тел приводит к разрушению поверхности вследствие отслоения частиц материала и увеличения толщины окисных пленок, причем продукты изнашивания обычно не удаляются из зоны контакта. Наряду с процессами микросхватывания и окисления изнашивание интенсифицируется наложением усталостных процессов и абразивным разрушением [74, 175—177]. Определяющая роль какого-либо процесса зависит от конкретных условий изнашивания.

Результаты испытаний струйно-плазменных покрытий приведены в табл. 6.2. По сравнению с углеродистой сталью, имеющей твердость ИПВ 91', скорость изнашивания исследуемых покрытий в 1,5— 2 раза меньше, что объясняется более высокой способностью покрытий сопротивляться процессам микрорезания. Особенностью проведенных исследований является то, что, несмотря на более высокие прочностные свойства покрытия ПН85Ю15, скорость его изнашивания существенно выше, чем покрытия ПН70ЮЗО. Это может быть связано с тем, что в процессе изнашивания покрытия ПН70ЮЗО, обладающего высокой пористостью (20%), проявляется эффект шаржирования, т. е. происходит внедрение частиц абразива в покрытие, которые в определенной степени препятствуют изнашиванию образца. Результаты исследований поверхности изнашивания образцов подтверждают данный вывод. Поверхность в лунке износа покрытия ПН85Ю15 блестящая, ровная (фото 9, а). В процессе испытаний на ней не могут удерживаться частицы абразива. В отличие от покрытия ПН85Ю15 поверхность изнашивания на покрытии ПН70ЮЗО содержит большое количество микронеровностей и раковин, которые могут задерживать частицы абразива, препятствующие в дальнейшем интенсивному разрушению поверхности образца (фото 9, б).

Под жаростойкостью (окалиностойкостью) понимают [2051 способность материала противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием горячего воздуха или другого газа в ненагруженном или слабо нагруженном состоянии. Жаростойкие стали, сплавы и покрытия должны надежно работать при температурах выше 550°С.

В землеройных и дорожных машинах многие сопряженные детали (зубчатые колеса, рейки и полузвездочки роторных экскаваторов, детали фрикционных передач, подшипники качения, опорные катки, звездочки и направляющие колеса гусеничного хода) испытывают при работе трение качения. При качении материал взаимодействующих тел подвергается упругому сжатию с уплотнением поверхностного слоя, что в дальнейшем приводит к усталостному разрушению поверхности детали. При наличии абразива в качестве контртела или

а матрицы, например алюминиевой,—22-106°С~1, поэтому в композициях, особенно после термоциклирования, возникают остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению поверхности раздела между матрицей и волокном, либо вызвать разрушение волокон. В связи с этим для достижения механической совместимости целесообразно выбирать компоненты композиционных материалов с близкими значениями температурных коэффициентов линейного расширения.

С движением морской воды связаны и некоторые особые формы коррозии, в частности эрозионная коррозия, вызываемая быстрым потоком воды, содержащей взвешенные твердые частицы [1], ударная коррозия в турбулентном потоке, содержащем пузырьки воздуха [2], и кавитационная коррозия, при которой коллапс пузырьков пара приводит к механическому разрушению поверхности металла, часто сопровождающемуся и коррозионным разрушением [3].

Если при данной температуре внешнее давление уменьшается до давления паров морской воды, то начинается вскипание. На практике часто наблюдается локальное закипание воды при очень большой скорости потока. Например, морская вода, обтекающая с высокой скоростью турбину или гребной винт, испытывает очень резкие перепады давления при резком изменении сечения потока, в частности на краю лопастей. При этом образуются пузырьки пара, которые в другой точке потока могут испытать коллапс. Повторяющиеся удары, возникающие при коллапсе этих пузырьков, со временем приводят к разрушению поверхности металла. Отрывающиеся чешуйки металла открывают свежую активную поверхность для коррозионного воздействия морской воды. Таким образом, кавитация в морской воде сопровождается потерями металла как за счет механического разрушения, так и за счет коррозии. С кавитацией часто можно бороться путем уменьшения скорости потока или лопастей (гребных винтов или крыльчаток водяных насосов) [1] и повышения давления воды [2].

2. Жаростойкие хромоникелевые стали аустенитного класса, хорошо сопротивляющиеся химическому разрушению поверхности в газовых средах при температурах 600—1200° С, работающие в ненагруженном или слабо нагруженном состоянии (1Х18Н9, 1Х18Н9Т, 2Х18Н9, Х23Н18 и др.).

Жаростойкая * (жароупорная, окалиностой-кая, огнестойкая) сталь характеризуется способностью противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием горячего газа или воздуха (газовая коррозия).

Высокая степень разрежения, которая может быть достигнута в сварочной камере при сварке электронным лучом, способствует также разрушению поверхностных загрязнений и жидкостных пленок, которые, как правило, препятствуют получению качественного сварного соединения при дуговых способах сварки.

Помимо рассмотренных статических, динамических и усталостных различают еще две большие специфические группы испытаний. Первая из них — испытания на твердость, в которых оценивают различные характеристики сопротивления деформации или, реже, разрушению поверхностных слоев образца при взаимодействии их с другим телом - индентором (от английского indentation — вдавливание). Большинство испытаний на твердость статические. Вторая группа — испытания на ползучесть и длительную прочность. Их обычно проводят при повышенных температурах для оценки характеристик жаропрочности. Образцы здесь в течение всего испытания находятся под постоянным напряжением или нагрузкой. При испытании на ползучесть измеряют величину деформации в зависимости от времени при разных напряжениях в образце, а при испытании на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.

Помимо рассмотренных статических, динамических и усталостных различают еще две большие специфические группы испытаний. Первая из них — испытания на твердость, в которых оценивают различные характеристики сопротивления деформации или, реже, разрушению поверхностных слоев образца при взаимодействии их с другим телом - индентором (от английского indentation — вдавливание). Большинство испытаний на твердость статические. Вторая группа — испытания на ползучесть и длительную прочность. Их обычно проводят при повышенных температурах для оценки характеристик жаропрочности. Образцы здесь в течение всего испытания находятся под постоянным напряжением или нагрузкой. При испытании на ползучесть измеряют величину деформации в зависимости от времени при разных напряжениях в образце, а при испытании на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.

3. Влияние на трение и износ смазки, которая играет исключительную роль и во многом определяет интенсивность износа (см. гл, 5, п. 3). Следует иметь в виду, что, кроме положительного эффекта, смазка, попадая в микротрещины, может оказать расклинивающее действие, способствующее разрушению поверхностных слоев.

Кривая развития шероховатости сдвинута вначале на величину исходной шероховатости Rav, соответствующей поверхности, покрытой окалиной, а далее разделена на три фазы. Для практики важен переход между первой и второй фазами, обозначенный на кривой точкой 1, которая определяет qn%, т. е. количество выбрасываемого струей материала, необходимое для полного покрытия единицы поверхности следами падающих гранул. Вторая фаза на кривой соответствует примерно постоянному значению шероховатости вплоть до такого количества выбрасываемого материала, которое образует главную, но нечеткую границу между второй и третьей фазами. Дальнейшее увеличение количества выбрасываемого материала ведет к усталостному разрушению поверхностных слоев, которое проявляется в отделении тонких чешуек основного материала. В результате усталостного разрушения поверхностных слоев в области третьей фазы происходит также частичное уменьшение шероховатости обработанной поверхности.

Полученный экспериментальный результат падения ширины интерференционных линий указывает на минимальное число дислокаций, присутствующих в тонком поверхностном слое меди, испытанной на трение. Таким образом, становится очевидным, что при трении в условиях ИП не происходит накопления дислокаций, приводящих со временем к усталостному разрушению поверхностных слоев.

Падение плотности дислокаций в приповерхностном слое обусловлено эффектом пластифицирования (эффект Ребиндера). Продукты деструкции глицерина, действуя как ПАВ, адсорбируясь, понижают свободную поверхностную энергию, способствуя выходу дислокаций в зоне контакта на поверхность. Таким образом, при трении в условиях ИП не происходит накопления структурных несовершенств типа дислокаций, приводящих со временем к усталостному разрушению поверхностных слоев.

ных участках поверхности, что и приводит к возникновению схватывания и разрушению поверхностных слоев металла.

Нередко детали машин работают в условиях кавитации. Изнашивание в этом случае, получившее название кавитацнонного [36], происходит при захлопывании вблизи поверхности детали пузырьков газа или пара (каверн), что создает местное повышение давления или температуры, приводящее к отделению частиц износа и разрушению поверхностных слоев.

Коррозионная стойкость — сопротивление металлов химическому или электрохимическому разрушению поверхностных слоев и коррозионной усталости. Коррозионная стойкость определяется сроком службы машин в коррозионной среде. Средства борьбы — специальное легирование или покрытия.

Нередко детали машин работают в условиях кавитации. Изнашивание в ьтом случае, получившее название кавнтациопного i36j, происходит при захлопывании вблизи поверхности детали пузырьков газа или пара (каверн), что создаст местное повышение давления или температуры, приводящее к отделению частиц износа и разрушению поверхностных слоев.