Разъедание поверхности

На поверхности материала, испытывающего растягивающее напряжение и погруженного в определенную агрессивную среду, должен, по-видимому, существовать небольшой анод у границ зерна или на поверхности кристалла в виде узкого вытянутого участка. И в том, и в другом случае остальная часть кристалла образует большой катодный участок. Образование анодного участка у границы зерна может быть следствием присущей ей энергии, особенно, если соприкасающиеся зерна сильно разориентированы друг с другом или если на границе сегрегированы атомы того или иного элемента. По мере все более глубокого разъедания материала возникающие концентраторы напряжений разрывают защитную пленку на самой границе или рядом с ней, обнажая сильно анодный участок по отношению к покрытому пленкой металлу. Сегрегация атомов определенного компонента у границы зерна обедняет этим компонентом участок по соседству с границей зерна, на которой возможен разрыв защитной пленки. Такой участок слишком узок, чтобы его .можно было рассмотреть в оптический микроскоп. Поэтому подобное коррозионное разъедание относят вполне справедливо к категории межкристаллитного поражения.

Таким образом, вода, бомбардирующая стенку, образует в наиболее уязвимых местах углубления, которые в свою очередь способствуют увеличению силы удара' и служат очагами разъедания материала. Надо заметить,, что совершенно ясная и достоверная картина происходящих при кавитации процессов до сих пор не установлена.

Горячая коррозия, как особый вид деградации металлических материалов, приобрела важное значение за последние 50 лет [1]. Необходимым условием ее протекания является образование на поверхности материала осажденного слоя соли или шлака, что приводит к изменению характера взаимодействия данного сплава с окружающей средой. Горячая коррозия, т.е. коррозия, модифицированная присутствием на поверхности сплавов слоя осадка, происходит в котлах, мусоросжигающих печах, дизельных двигателях, глушителях двигателей внутреннего сгорания и газовых турбинах. Уровень коррозионного разъедания материалов, работающих в таких условиях, в значительной степени зависит от вида и чистоты используемого топлива, а также качества подаваемого в зону горения воздуха. Так, например, горячая коррозия гораздо чаще встречается в промышленных и морских газовых турбинах, чем в авиационных. Природа горячей коррозии такова, что вызываемое ею разъедание почти всегда приводит к гораздо более сильной деградации сплавов, чем "обычная" коррозия в такой же газовой среде, но без поверхностного модифицирующего слоя осадка. Даже в тех случаях, когда свойства сплава при осаждении на его поверхности соли изменяются незначительно и связанное с присутствием осадка усиление коррозионного разъедания в начальный период времени невелико, скорость разъедания материала в конце концов все равно со временем возрастает на порядок и более за счет модификации самого механизма деградации материала. Важной особенностью процесса горячей коррозии является то, что очень часто этот модифицирующий слой представляет собой жидкость.

Горячая коррозия материала в значительной степени зависит от состава сплава, окружающей его газовой среды, природы поверхностного модифицирующего осадка и температуры. Все эти параметры влияют не только на скорость, но и, что гораздо важнее, на сам механизм разъедания материала при горячей коррозии. В связи с этим важное значение приобре-

Одна из проблем, возникающая при изучении процесса горячей коррозии металлов и сплавов, связана с изменением механизма деградации материала в процессе его коррозионного разъедания. Определение временной зависимости развития горячей коррозии показывает (рис. 12.3), что существуют две явно выраженные стадии коррозионного разъедания материала: начальная стадия, на которой разъедание незначи-

что состав сплава может быть самым важным фактором из всех, определяющих длительность начальной стадии разъедания материала, что и показано на рис. 12.3, где время до начала стадии развития горячей коррозии Ni—Сг или Со—Сг сплавов с осажденным, на них слоем Na2SO4 на воздухе растет с увеличением содержания алюминия от 6 до 11 %. Из этих же данных следует, что при данных условиях испытания для инициации разъедания Со—Сг—А1 сплавов требуется более длительное время, чем Ni—Cr—Al сплавов. При обсуждении стойкости конкретных сплавов к разъеданию при горячей коррозии важно точно указывать условия, в которых оно происходит, так как один и тот же сплав может вести себя совершенно по-разному при изменении внешних условий. Например, время до перехода от начальной стадии горячей коррозии к стадии развития в Со—Сг-А1 сплавах может значительно уменьшаться при введении SO3 в газовую среду при 650-750 °С (рис.12.6).

некие механизма коррозионного разъедания материала по сравнению со случаем горячей коррозии под слоем чистого Na2SO4. Можно привести и другие примеры влияния состава осажденного слоя на характер разъедания материала при горячей коррозии [l].

сильнее будет коррозионное разъедание (рис. 12.8). Во-вторых, для некоторых механизмов разъедания требуется, чтобы соль в осажденном слое имела строго определенный состав. Такой состав формируется на границе раздела осадка со сплавом за счет их взаимодействия. От толщины осажденного слоя в этом случае зависит время формирования состава осадка, необходимого для начала коррозионного разъедания. Если для разъедания материала требуется поддержание концентрационного градиента какого-либо компонента из газовой фазы через осажденный слой соли, то при более толстых слоях соли стадия развития коррозии наступает скорее, чем при тонких1. С другой стороны, если разъедание происходит в результате накопления в осадке компонентов сплава, то более быстрый переход к стадии развития будет наблюдаться при более тонких осажденных слоях соли.

Процесс основного флюсования характеризуется целым ря дом специфических особенностей. Так, процесс удаления се ры из Na2SO4, необходимый для образования оксидных ионов обычно сопровождается осаждением на поверхности сплав, сульфидов. Кроме того, степень разъедания материала зави сит от концентрации оксидных ионов в расплаве и, следова тельно, для обеспечения непрерывности процесса разъеданиз требуется постоянная подпитка осажденного слоя свежим» порциями расплава Na2SO4. Другими словами, процесс горячей коррозии с основным флюсованием во многих случаях является несамоподдерживающимся (см. рис. 12.8). И, наконец, он встречается, как правило, лишь в области высокие температур (выше «900 °С), так как при низких температурах процессы образования оксидных ионов протекают очень медленно. Вполне возможно также, что такая коррозия играет важную роль лишь в бескислотных газовых средах, не содержащих компонент типа SO3, хотя, если верна концепция Раппа и Гото [27], основное флюсование может происходить и в таких газах.

Полезно провести сравнение стойкости разных суперсплавов к горячей коррозии. Коррозионное разъедание суперсплавов зависит от их состава и других факторов, определяющих условия проведения испытания или работы. Оценить стойкость суперсплавов к коррозионному разъеданию можно путем сравнения их работоспособности при фиксированных условиях работы. При этом, однако, возникают сложности, связанные с различной длительностью начальной стадии горячей коррозии в разных сплавах. Эта стадия определяет время, необходимое для начала стадии развития горячей коррозии. Например, считается, что сплав IN-738 обладает более высокой стойкостью к горячей коррозии, чем В-1900. Анализ данных показывает, что это скорее связано не с более низкой, чем у В-1900, скоростью горячей коррозии на стадии развития, а с более продолжительным временем инициации этой стадии в IN-738. Разумно предположить, что как только горячая коррозия суперсплавов переходит в стадию развития, скорость разъедания материала становится с практической точки зрения недопустимо большой при любых механизмах развития коррозии. Следовательно, основной параметр, по которому имеет смысл проводить сравнение стойкости суперсплавов к горячей коррозии и который определяет эту стойкость, это время, необходимое для инициации стадии развития коррозионного разъедания, то есть длительность начальной стадии горячей коррозии. К сожалению, во многих литературных источниках среди данных по горячей коррозии суперсплавов время до начала инициации коррозионного разъедания не приводится. С другой стороны, изготовители газовых турбин вполне понимают важность этого фактора и при выборе сплавов для узлов и деталей турбин пользуются собственными источниками информации.

Многие недавно разработанные стойкие к низкотемпера турной коррозии покрытия в настоящее время проходят на турные испытания, результаты которых станут известны через несколько лет. Выделение низкотемпературной коррозии в особый вид коррозионного разъедания материала и связанное с этим начало работ по разработке специальных покрытий произошло совсем недавно, и данные о поведении таких покрытий в реальных условиях к моменту написания данной книги еще не были известны.

Наиболее часто процессы старения протекают в поверхностных слоях. При этом поверхность детали может подвергаться температурным, химическим, механическим и иным воздействиям внешней среды, В результате могут происходить явления, связанные с потерей материала поверхности, в результате коррозии, эрозии, кавитации и других процессов, которые объединены одним термином — разъедание поверхности.

В первом случае будет происходить разъедание поверхности (рис. 21) в результате нижеперечисленных процессов. Коррозия металлов и сплавов представляет собой их разрушение в результате химического или электрохимического действия среды. Разрушение всегда начинается с поверхности детали. Различают атмосферную, электрохимическую и газовую (химическую) коррозию.

Перетрав — местное или общее разъедание поверхности металла при трав-ленпп.

Лишаеобразное разъедание поверхности цементованных изделий Загрязнение карбюризатора серным колчеданом Предупреждение дефекта: мероприятия малоэффективны (рекомендуется обжиг карбюризатора при температуре 900° С в течение 10—30 час. или просев карбюризатора)

Разъедание поверхности Пережог. Низкие механические свойства и образование трещин при закалке, старении и при механической обработке Низкая твёрдость после закалки и старения Наличие свыше 0.5% хлористых солей в селитре Высокая температура под закалку (свыше 495—505° С) Закалка с температуры ниже нормальной (495—505° С) или недостаточная выдержка при нормальной температуре закалки

газов (воздуха). При продвижении потока в область повышенного давления происходит смыкание (конденсация) паровых пузырьков, приводящее к ударам частиц жидкости о стенки. Возникающие при этом очень большие местные повышения давления вызывают шумовые эффекты, вибрации и разъедание поверхности стенок — кавитационную коррозию (последней способствует и химическое действие выделяющегося кислорода). Кави-тационные явления вызывают дополнительные потери энергии в потоке. Нормальная (бескавитационная) работа

Особый вид атмосферной коррозии (роль электролита играет пленка влаги с растворенными газами, образующаяся на металлической поверхности в атмосфере), осложняющийся вследствие присутствия агрессивных веществ в на-кипях, отложениях шлама, окалине и других пленках на поверхности металла котельных агрегатов и паровых турбин при длительной их остановке. Отложения ржавчины особенно интенсифицируют процесс. Механизм процесса — электрохимическая коррозия, скорость которой контролируется главным образом диффузией кислорода к поверхности. Форма повреждений — более или менее равномерное разъедание поверхности в местах с наиболее выраженной электрохимической неоднородностью (отложения, повреждения и т. д.). В качестве защитных мероприятий рекомендуется:

Рост замечается через 14 дней. Распространяется в виде белого редкого мицелия. Одновременно образуются малочисленные конидиальные головки с узкими пластинками спор. Через месяц после удаления мицелия цвет материала коричневатый и заметно разъедание поверхности.

Гриб разрастается через неделю. Образует редкий желто-серый мицелий с нормально развитыми конидиальными головками. После удаления мицелия остаются грязные желто-зеленые пятна. Через 3 недели заметно разъедание поверхности.

Растет очень хорошо. Уже через неделю выходит за пределы границы инфицирования. Образование конидиальных головок идет хорошо, но они меньше, чем на хлопке. Спорангии желто-зеленые, обильные. После удаления поросли (через месяц) заметно разъедание поверхности.

Рост идет очень медленно в виде склероциаль-ного белого мицелия, с одиночными светло-коричневыми конидиальными головками и слабым спорообразованием. Через месяц заметно разъедание поверхности.