Воздействием напряжений

Наиболее опасными видами КМР для линейной части трубопроводных систем, обеспечивающих магистральную транспортировку углеводородов, являются коррозионное растрескивание (КР) металла, зарождающееся на внешней, катодно-защищенной поверхности труб, коррозионная усталость и общая коррозия, усиленная воздействием механических напряжений (механохимичес-кая коррозия). Причем первый вид коррозионно-механических разрушений характерен для магистральных газопроводов, второй - магистральных нефтепродуктопроводов. Проявление третьего вида разрушений наблюдается при контакте напряженного металла с агрессивной средой, в частности, в системах сбора, транспортирующих сырые неподготовленные углеводороды.

Коррозионно-механическая стойкость и долговечность работы любого металлического оборудования в основном определяются изменениями, происходящими в тонкой структуре металла (плотность и конфигурация скоплений дислокаций, микродеформация кристаллической решетки) при его изготовлении и эксплуатации под воздействием механических напряжений, как правило, сопровождающихся одновременным воздействием окружающей коррозионно-активной среды. Величина и характер этих изменений существенно влияют на физико-механические и электрохимические свойства металлов, вызывая значительные отклонения параметров его исходного состояния. Это может привести к материально-техническим потерям из-за преждевременного выхода из строя металлического оборудования и необходимости его замены еще до выработки нормативного срока службы. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок, причем эти изменения отличаются сложной кинетикой протекания [39], включающей в себя чередование стадий деформационного упрочнения и разупрочнения. Этот факт при общепринятой оценке усталостной долговечности не учитывается, и на макроуровне все материалы однозначно делятся на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные и разупрочняю-щиеся. Поэтому при определении усталостной долговечности материалов различного оборудования необходим тщательный учет состояния их тонкой структуры в течение всего времени эксплуатации при заданных параметрах нагружения. Это возможно выполнить, так как существующие физические и электрохимические методы исследований (рентгенография, электронная микроскопия, микротвердость, твердость, прицельные электрохимические измерения) инструментально позволяют оценить локальные явления при усталости и коррозионной усталости. Между тем существующие нормы и методы расчета на прочность и долговечность оборудования, работающего в сложных, периодически изменяющихся, зачастую осложненных действием коррозионной среды условиях

Одновременное воздействие на металл коррозионных сред и механических напряжений вызывает коррозионно-механическое разрушение оборудования, связанное с проявлением взаимосопряженных механохимических явлений. Помимо рассмотренных, наиболее опасных для магистральных трубопроводов видов КМР, таких, как КР и МКУ, следует остановиться на их разрушении в виде общей коррозии, ускоренной воздействием механических напряжений (механохимическая коррозия). Вследствие коррозии стенок сосудов давления и соответствующего их утонения происходит увеличение кольцевых растягивающих напряжений. Согласно теоретическим представлениям механохимии металлов, это вызывает рост скорости коррозии и еще большее утонение стенок. В связи с зтим прогнозирование долговечности сосудов давления, базирующееся на предпосылке постоянства скорости коррозии в течение установленного ресурса, дает изначально завышенное ее значение. Поэтому для реальной оценки долговечности необходимо проанализировать изменение кольцевых напряжений в стенке трубы, связав это изменение с интенсивностью коррозионного воздействия. Впервые подобный подход был реализован в [36]. Однако полученные при этом расчетные зависимости оказываются неудобными для практического использования. Кроме того, предложенный подход не учитывал того факта, что механохимические явления начинают существенно проявляться при напряжениях, превышающих предел текучести стали. Последнее на реальных конструкциях. эксплуатирующихся на общем фоне упругих напряжений и деформаций. может быть достигнуто только в концентраторах напряжения, где и реализуются условия для протекания механохи-мической коррозии.

Преобразователи для контроля анизотропии механических и электрофизических свойств металлов. Одной из важнейших характеристик современных металлов и сплавов, во многом определяющей их механические и физические свойства, является степень совершенства кристаллографической текстуры, под которой понимается преимущественная пространственная ориентация зерен в поликристалле. Текстура, обусловливая анизотропию свойств, обеспечивает избирательно в различных направлениях повышение пластичности, прочности, модуля упругости, магнитных свойств, стойкости металлических покрытий против коррозии и т. д. Создание в материалах совершенной кристаллографической текстуры является в ряде случаев одним из путей повышения их эксплуатационных характеристик. Для этого исследователям и специалистам-практикам необходимы методы и средства для получения сведений о типе и степени совершенства кристаллографической текстуры. Другой не менее важный аспект необходимости измерения анизотропии физических, свойств металлов, обусловивший рождение на свет разнообразных конструкций датчиков, вызван необходимостью определения механических остаточных напряжений в деталях машин и механизмов, элементах строительных конструкций и т. д., выполненных из различных марок конструкционных сталей. Для этих целей используется явление магнитоупругого эффекта, под которым в общем случае принято понимать изменение магнитных свойств материала под воздействием механических напряжений. Измерив изменение величины или характера анизотропии магнитных свойств, можно, используя градуи-ровочные кривые зависимости магнитных свойств исследуемого материала от величины механических напряжений, судить об их наличии в металле, а иногда и оценить их величину [50].

Преобразователи для контроля анизотропии механических и электрофизических свойств металлов. Одной из важнейших характеристик современных металлов и сплавов, во многом определяющей их механические и физические свойства, является степень совершенства кристаллографической текстуры, под которой понимается преимущественная пространственная ориентация зерен в поликристалле. Текстура, обусловливая анизотропию свойств, обеспечивает избирательно в различных направлениях повышение пластичности, прочности, модуля упругости, магнитных свойств, стойкости металлических покрытий против коррозии и т. д. Создание в материалах совершенной кристаллографической текстуры является в ряде случаев одним из путей повышения их эксплуатационных характеристик. Для этого исследователям и специалистам-практикам необходимы методы и средства для получения сведений о типе и степени совершенства кристаллографической текстуры. Другой не менее важный аспект необходимости измерения анизотропии физических свойств металлов, обусловивший рождение на свет разнообразных конструкций датчиков, вызван необходимостью определения механических остаточных напряжений в деталях машин и механизмов, элементах строительных конструкций и т. д., выполненных из различных марок конструкционных сталей. Для этих целей используется явление магнитоупругого эффекта, под которым в общем случае принято понимать изменение магнитных свойств материала под воздействием механических напряжений. Измерив изменение величины или характера анизотропии магнитных свойств, можно, используя градуи-ровочные кривые зависимости магнитных свойств исследуемого материала от величины механических напряжений, судить об их наличии в металле, а иногда и оценить их величину [50].

При циклическом растяжении—сжатии ферромагнитного изделия з постоянном магнитном поле происходит вследствие магнитоупругого эффекта изменение его магнитной проницаемости под воздействием механических напряжений [1]. Представляет интерес исследование изменения сигнала, возбуждаемого при этом в проходной измерительной катушке, с целью разработки метода контроля за процессом усталостного разрушения.

Защитные пленки основных солей меди обеспечивают хорошую защиту медных изделий, находящихся в почве, если среда не является кислой. При использовании покрытий в водной среде и почве присутствие даже в небольших количествах аммиака значительно ускоряет коррозию металла, а под воздействием механических нагрузок вызывает быстрые разрушения под действием коррозии в напряженном состоянии.

Разрушение металла элементов оборудования котельных происходит под воздействием механических и термических факторов, а также в результате электрохимической или химической коррозии. Весьма часто повреждения являются следствием совокупного действия нескольких причин. Установление, какая из них является решающей, в частности роли чисто коррозионных процессов, является сложной задачей, требующей специального анализа особенностей конструкции повреждения элемента и условий его предшествующей эксплуатации.

воздействием механических напряжений (тиксотропия). Когда деформация е0 возрастает, динамический модуль Е0 стремится к равновесной величине ?". Для оценки механических свойств технических саженаполненных резин важно знать начальное и равновесное значения динамического модуля (Е0, Е ). Оказалось, что если по оси абсцисс отложить энергию цикла w, а по оси орди-

под воздействием механических нагрузок (особенно циклических),

С начала 60-х годов широкое распространение получили износостойкие материалы с нанесенными на них покрытиями. Покрытия нашли применение в аэрокосмической промышленности, атомной энергетике, автомобилестроении, при изготовлении инструментальных материалов. Использование покрытий позволяет увеличить в несколько раз срок службы изделий, сэкономить дорогостоящие и дефицитные материалы. Карбид титана является одним из самых эффективных материалов, используемых в качестве износостойкого покрытия, и это связано прежде всего с тем, что TiC в наибольшей мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к покрытиям: высокие износостойкость и твердость при высоких и низких температурах; хорошая химическая стабильность; небольшой коэффициент трения, хорошее сцепление с поверхностью материала — основы; окалиностойкость; малая склонность к схватыванию и холодной сварке; способность не разрушаться под воздействием механических и тепловых нагрузок.

Коррозия при трении представляет собой два сопряженных процесса: 1) электрохимическое или химическое взаимодействие металла с агрессивной средой; 2) механический процесс износа поверхностных защитных пленок и самого металла под воздействием напряжений третьего рода.

Исследования показали, что по химическому составу металл отливки корпуса задвижки соответствовал стали А-352 1СВ по А5ТМ и в зоне разрушения находился в охрупченном состоянии: ударная вязкость КСУ_40 при пониженной температуре составляла 12 Дж/см2, относительное удлинение 8 — 23,8%. Металл имел ферритно-перлитную структуру с крупными равноосными зернами и включениями карбидов внутри зерен феррита. Охрупчивание металла отливки в зоне разрушения было вызвано наличием усадочных межкристаллитных несплошностей и проявлением водородной хрупкости. По значениям прочности, твердости и относительного сужения металл отвечал требованиям нормативных документов к отливкам, предназначенным для эксплуатации в средах с высоким содержанием сероводорода. Разрушение стенки корпуса задвижки произошло в результате быстрого развития трещин, образовавшихся в металле под воздействием напряжений, превышающих предел текучести, в зоне расположения усадочных несплошностей. Наличие высоких напряжений в металле в момент, предшествовавший разрушению, подтверждалось тем, что в зоне зарождения и нестабильного роста трещин преобладал вязкий характер разрушения. Характер излома корпуса задвижки в зонах зарождения и докритического роста трещины смешанный, а в зоне лавинообразного разрушения — хрупкий с шевронным узором. Охрупчивание металла, вызванное его пониженной ударной вязкостью, способствовало лавинообразному развитию разрушения. Наиболее вероятной причиной разрушения задвижки явилось, по-видимому, размораживание ее корпуса.

Имеются некоторые соображения относительно роли термической стабильности преимущественно ориентированных поверхностей раздела в эвтектике под воздействием напряжений. Возможно, полукогерентные поверхности раздела (стабильные) могут превращаться в некогерентные (нестабильные) из-за концентраторов напряжений, создаваемых дислокациями на границах.

Учтем изменение длины и площади поперечного сечения образца под воздействием напряжений а. Легко показать, что для области упругих напряжений

ПРОЧНОСТЬ РАЗРЫВНАЯ волокна —• величина, характеризующая способность волокна сопротивляться разрушению под воздействием напряжений, возникающих при однократном растяжении. П. р. волокон и нитей зависит от структуры волокна и от структуры изделия. В связи с трудностями, возникающими при измерении поперечного сечения волокна, П. р. определяют по приложенному усилию, приводящему к разрыву волокна или нити. Произведение разрывного усилия на метрич. номер волокна наз. разрывной длиной. Эта величина представляет собой длину (выраженную в км), при к-рой волокно или нить разрываются под действием собственного веса. Зная разрывную длину волокна или нити, нетрудно определить растягивающие напряжения, вызывающие разрыв волокна. Для этого нужно величину разрывной длины умножить на уд. вес волокна. Полученная величина наз. временным сопротивлением разрыву и выражается в кг/тм*. При использовании весовых характеристик волокна: титра {вес в г 9000 м волокна) и грекса (вес в г 10 000 м волокна) для определения П. р. применяют величину относит, разрывной нагрузки, к-рая равна разрывному усилию в е, деленному на титр или греке, и выражается соответственно в г/денъе или г/грекс. Для перевода относит, прочности волокна, выраженной в г/денье или г/грекс, в разрывную длину, выраженную в км,

Анализ опубликованных работ по использованию в качестве окончательной упрочняющей обработки отпуска под нагрузкой углеродосодержащих сталей показывает перспективность применения данного метода для повышения прочностных характеристик и релаксационной стойкости сплавов [1, Щ, 123, 124, 140, 15ЭД, В связи с изложенным представлялось интересным в научном . и техническом отношении исследоёать влияние дополнительного \ старения под воздействием напряжений на свойства пружинных диспёрсионно-твердеющих аустенитных сплавов (36НХТЮМ8) , и бериллиевых бронз (Бр.БНТ1,9Мг).

Стяжные соединения (особенно работающие при повышенных температурах) с течением времени ослабевают вследствие медленно развивающейся пластической деформации болтов (а иногда и стягиваемых деталей) под длительным воздействием напряжений, значительно меньших предела текучести материала при однократной и кратковременной нагрузке. Это явление называют релаксацией (ослаблением).

Как уже указывалось выше, явление коррозионного растрескивания аустенитных нержавеющих сталей в растворах хлоридов рассматривается двояко: во-первых, с точки зрения воздействия ионов хлора и напряжений на защитные свойства пассивной пленки,, образующейся на поверхности металла, и во-вторых, с точки зрения распада аустенита под воздействием напряжений и активного растворения образующейся при этом а-фазы в растворах, содержащих ионы хлора. Оставаясь в рамках первого направления, трудно объяснить интенсификацию процесса коррозионного растрескивания при наличии в растворе кислорода. Ведь с точки зрения пленочной теории пассивности присутствие кислорода в растворе должно способствовать пассивации металла и увеличению защитных свойств пленки. С этих же позиций непонятно отсутствие влияния механических напряжений и хлоридов на скорость катодного процесса ионизации кислорода. Если ионы хлора и напряжение в металле способствуют разрушению пассивной пленки, то оба эти фактора должны: изменять скорость и анодного, и катодного процессов. Ниже будет показано, что напряжения не влияют на скорость катодного процесса в растворах хлоридов и других анионов. Об отсутствии влияния напряжения на скорость катодного процесса на сталях 18-8 и 18-10 в кипящем растворе насыщенного хлористого магния указывали Т- П. Хор и Ж- Г. Хайнес[ II 1,133]. С точки зрения пленочной теории, увеличение стойкости сталей к коррозионному растрескиванию трудно увязать с ростом содержания никеля в них и практически невозможно объяснить, почему аустенитная нержавеющая сталь, практически одинаковая по составу (особенно по хрому и никелю), но в силу тех или иных причин становится магнитной, является значительно более стойкой к коррозионному растрескиванию, нежели та же сталь, не обладающая магнитными свойствами [111,12?;

Ползучесть есть свойство металла, нагруженного при высокой температуре, медленно и непрерывно пластически деформироваться под воздействием напряжений.

Подходящий материал должен сохранять свою пластичность минимум в 5% случаев при испытании однородного сечения, по крайней мере, до 30000 ч, а предел прочности образцов с надрезом не должен падать слишком низко по сравнению с обычным. Было найдено, что две группы 1% Сг, Мо, V сталей имели разные свойства. Группа 5 вела себя в процессе работы очень плохо, а группа 6 оказалась почти свободной от неисправностей при правильном соблюдении условий работы. Было найдено, что болты, изготовленные из материалов группп 5, находились постоянно под воздействием напряжений ползучести, что вызывало появление полостей, которые на границах зерен вблизи основания резьбовых впадин укрупнялись до трещин, а это часто приводило к разрушению при ударах, которыми сопровождалось подкручивание по старому методу. Тенденция к образованию полостей на границах зерен существенно снижается при добавлении в сталь титана, который раскисляет и очищает материал, и бора, который либо уменьшает возможность образования пустот по границам зерен как таковых, либо выделяется в виде стабильных мелких карбидных частиц по границам зерен.

Ползучесть — свойство металла, нагруженного при высокой температуре, медленно и непрерывно пластически деформироваться под воздействием напряжений.