Растрескивание материала

/. Постоянные напряжения (коррозионное растрескивание) 1

Установлено, что вредное влияние на коррозионное поведение металлов оказывают растягивающие напряжения. Постоянные растягивающие напряжения (внешние или внутренние) увеличивают скорость общей коррозии металла примерно пропорционально их величине (рис. 230) и часто ухудшают распределение коррозии (что более опасно), переводя ее из общей в местную, вызывая в частности коррозионное растрескивание.

Коррозионное растрескивание металлов изучено многими исследователями: Ф. Ф. Ажогиным, П. А. Лкользииым, А. В. Бобылевым, С. Г. Ве-денкиным, В. В. Герасимовым, Л. А. Гликманом, Э. М. Гутманом, Е. М. Зарецким, Г. В. Карпенко, X. Л. Логаном, В. В. Романовым, А. В. Рябчен-КОЕЫМ, Фонтана, Хором и др.

Коррозионное растрескивание метал- розии алюминия от нанря-лов под одновременным воздействием жения в растворах: агрессивной коррозионной среды и растягивающих напряжений (главным образом

1 Л о г а и X. Л. Коррозия металлов под напряжением. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1970. 340 с. с ил. А ж о г и н Ф. Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. М., «Металлургия», 1974. 256 с. с ил.

Растрескивание коррозионное под напряже- 0 0 3 4 4 4

Помимо указанных предлагается различать еще такие механизмы разрушения, как водородное растрескивание, коррозионное растрескивание под напряжением, под действием жидких металлов [78]. Однако целесообразность выделения этих видов нагружения в особую группу по механизму разрушения из-за отсутствия специфических микрофрактографических признаков не является очевидной. Например, при водородном растрескивании разрушение может проходить с формированием фасеток квазиотрыва, аналогичных получаемым при хрупком разрушении под действием других факторов, или по границам зерен. При водородном растрескивании закаленной и отпущенной стали AISI 4340 характер межзеренного излома аналогичен излому этой стали в условиях коррозии под напряжением [78].

С повышением температуры растворов хлоридов снижается устойчивость пассивного состояния нержавеющих сталей; при наличии внешних или внутренних механических напряжений возникает наиболее опасный вид коррозии — коррозионное растрескивание. Коррозионное растрескивание является сложным и специфическим процессом, которому подвержено большинство промышленных сплавов. Основными причинами коррозионного растрескивания являются локализация коррозионного процесса на поверхности и наличие достаточно высоких (более 0,2—0,300,2) растягивающих механических напряжений.

— замещения 236, 237, 257, 266, 322 Расширение всестороннее 592 Растрескивание коррозионное внутрикри-

•— Растрескивание коррозионное 60, 63

Раковины — Причины появления при вибродуговой наплавке 142 Растворы кислотные и щелочные 63, 64 Растрескивание коррозионное II —Причины образования II, 12

Достигаемый уровень температур создает благоприятные условия для развития процесса испарения материала в зоне воздействия, что приводит к образованию кратера, изменению зеренной структуры материала до глубины -20 мкм [103] и резко неравномерному распределению микротвердости. Образовавшиеся при облучении с энергией импульса 6,5 Дж слои различаются явно выраженными морфологическими изменениями с формированием в верхнем слое мелкокристаллической структуры. Увеличение энергии лазерного пучка сопровождается испарением кобальтовой прослойки, в результате чего наблюдается образование сферических пор, полостей, микротрещин и сколов. Природа подобных дефектов связана с действием интенсивного теплового удара, с развивающимися высокими термическими напряжениями. Вследствие короткого промежутка времени воздействия и существенных различий в теплофизических характеристиках фазовых составляющих твердого сплава релаксационные процессы в виде пластического течения не успевают происходить. В результате этого наблюдается растрескивание материала.

Сероводородсодержащий газ транспортировать по некоррозионно-стойким трубам даже в осушенном виде не рекомендуется. Связано это с тем, что даже небольшие отклонения в технологическом режиме, приводят к попаданию в трубопровод незначительного количества влаги, и вызывают в короткий срок сероводородное растрескивание материала труб. Наиболее подвержены этому явлению сварные швы, а точнее зоны сплавления сварных швов, где располагаются максимальные остаточные растягивающие сварочные напряжения и наиболее неблагоприятная структура металла. Соответственно, из двух типов труб бесшовных горячекатаных и сварных большей коррозионной стойкостью обладает первый тип. Бесшовные горячекатаные трубы по своей специфике изготовления обладают меньшей дефектностью по неметаллическим включениям, что оказывает очень благоприятное влияние на их стойкость к водородному растрескиванию. Требования к качеству материала труб в этом случае аналогичны требованиям к качеству материала шлейфовых труб. Наиболее распространен-

нагружения. При МЦУ трещины возникают под действием сдвиговых напряжений аналогично тому, как это происходит в области МНЦУ, но зона зарождения разрушения не локализована, и наблюдается множественное растрескивание материала в направлении, перпендикулярном (или близком к перпендикулярному) к пакету а-плас-тин [73]. Поэтому в очаге наблюдается несколько фасеток раскалывания материала по пакету ос^-пластин. Растрескивание по поверхности может произойти уже при наработках в 20 % от общей долговечности, и его плотность с увеличением наработки возрастает [88]. Это обусловлено нелокализованным накоплением повреждений в материале при его перенапряжении, но после наработки в 60 % от долговечности увеличение плотности растрескиваний прекращается и идет интенсивное нарастание магистральной трещины во внутренних объемах материала. Сокращению периода до зарождения трещин способствует увеличение размеров зерен, что повышает неоднородность пластической деформации в локальных объемах металла и ускоряет образование магистральной трещины. При МЦУ усталостные бороздки величиной от 1 до 2-Ю"7 м/цикл формируются уже в очаге разрушения. С увеличением уровня напряжений шаг начальных бороздок может существенно возрастать.

Второй тип диаграмм (рис. 7.356) может быть охарактеризован как "коррозия под напряжением при усталости". Процесс активизации коррозии металла реализуется в тот момент, когда при распространении усталостной трещины достигается величина KISCC ~ пороговый КИН, при достижении которого происходит коррозионное растрескивание материала. Третий тип диаграммы (см. рис. 7.35б) отвечает смешанной ситуации первого и второго случаев (см. рис. 7.35я, б).

Выявленная морфология рельефа с усталостными бороздками свидетельствует о том, что при относительно умеренной температурной напряженности дисков механизм межзеренного разрушения подавлен внутризеренными процессами разрушения и скольжения. Внутризеренное скольжение вызывает интенсивное растрескивание материала и препятствует реализации механизма формирования усталостных бороздок, что отражается в сочетании элементов рельефа ввиду усталостных бороздок и растрескиваний излома.

Растрескивание материала в пределах зоны

тельно, концентрация напряжении от созданных повреждений определяется не столько их размерами, сколько уровнем остаточных напряжений в связи с оплавлением и остыванием материала за короткое время. Они тем выше, чем глубже проникновение зоны теплового воздействия, что определяет растрескивание материала. Но при этом интенсивность сжимающих напряжений после возникновения растрескиваний оказывается обратно пропорциональной их интенсивности. Для малой величины повреждения существенную роль играет геометрия дефекта в зарождении трещины, а остаточные напряжения не оказывают влияния на задержку ее зарождения.

Сделанная оценка не противоречит классическим представлениям о соотношении между периодом зарождения и ростом трещин в области многоцикловой усталости. Для гладкой поверхности на пороге усталости период роста трещины составляет до 10 % от общей долговечности образца. По мере возрастания концентрации нагрузки доля периода роста трещины относительно всей долговечности возрастает и может составлять 100 % при статическом надрыве материала. В нашем случае наработка лопатки составила 886 полетов при многоцикловом разрушении. Если предположить, что трещина зародилась естественным путем в лопатке, период роста трещины составляет около 35 %. Эта оценка минимум в 3 раза завышена по отношению к указанным выше известным данным о соотношении между периодом роста трещины и полной долговечностью. Следовательно, именно коррозионное растрескивание материала вызвало существенное снижение усталостной прочности лопатки (в несколько раз) на этапе зарождения усталостной трещины и привело к ее преждевременному разрушению.

Первоначально на поверхности лопатки в разных ее местах произошло коррозионное растрескивание материала. В зонах наибольшей концентрации нагрузки от изгибной формы колебаний произошло зарождение и распространение усталостных трещин по двум сечениям около наружной полки и бобышки лопатки. Первоначальное разрушение на все сечение произошло около наружной полки лопатки, а разрушение у бобышки произошло в результате резкого возрастания нагрузок при уже развившихся усталостных трещинах от нескольких очагов, имевших место в результате коррозионного растрескивания материала. Длительность процесса разрушения всей лопатки составляет не менее 285 полетов после сформирования коррозионных изъязвлений поверхности.

линии, образующей впадину. На удалении от кромки лопаток имелось растрескивание материала по границе сформированного излома (рис. 11.10). Это — ветвление трещины, отражающее особенности ее распространения в лопатках.

зуба крепления лопатки к диску имеет место растрескивание материала, а также образование двух самостоятельных трещин. Поэтому далее был осуществлен анализ не одной, а двух поверхностей излома.