Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf

по правилу я-теоремы критерии подобия можно записать в виде

при испытании образцов диаметром 5 и 20 мм из стали 40Х с пер- лит-ферритной структурой в водном растворе NaCI.

Таким образом, авторы работы [196] приходят к выводу, что в некоторых случаях вместо натурных испытаний крупных дета­ лей машин, работающих, например, в морской воде, можно про­ водить лабораторные испытания на образцах значительно мень­ ших размеров, соответствующим образом изменив параметры воз­ действия среды.

П р и испытании стали 40Х с перлит-ферритной структурой было установлено [141], что наличие концентраторов напряжений на

усталостной прочности с увеличением диаметра образцов (в диа­

ше уже на 183%. Связь масштабного эффекта при коррозионной усталости стали с концентрацией напряжений исследованы на образцах диаметром 5; 20 и 40 мм из отожженной стали 40Х, ослаб­ ленных кольцевыми V-образными канавками со следующими па­

вращающихся образцов. Б а з а испытаний в коррозионной среде (3%-ный раствор NaCI в водопроводной воде) равна 5 X 107 цик­ лов. В работе [144] показано, что масштабный эффект при уста­ лости в воздухе находится в тесной связи с концентрацией напря ­ жений. Коррозионно-усталостная прочность образцов зависит ка к от их диаметра, так от остроты надреза. Сама же острота концент­ ратора не одинаково влияет на выносливость образцов различного диаметра в коррозионной среде. Чувствительность концентрации напряжений при коррозионной усталости с увеличением диаметра образца уменьшается, т. е. наблюдается явление, противополож­ ное отмеченному при испытаниях в воздухе (рис. 42). Н а основании

85

проведенных исследовании, из которых следует, что чувствитель­

ных со стальными (нормализованная сталь 45), латунными (Л-62) и

розионно-усталостную прочность стальных деталей с насадками влияют три фактора: концентрация напряжений, циклическое тре­

8 6

Г Л А В А IV

П О В Ы Ш Е Н И Е КОРРОЗИОННО - УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ М Е Т А Л Л У Р Г И Ч Е С К И М И МЕТОДАМИ И ПЛАСТИЧЕСКИМ Д Е Ф О Р М И Р О В А Н И Е М

1. Легирование и рафинирование

Поскольку влияние химического состава сталей на их несущую способность при циклическом деформировании в кор­ розионной среде подробно рассматривалось в гл. I I I , напомним лишь некоторые основные положения и выводы. В частности, уве­ личение содержания углерода в железоуглеродистых сплавах от 0,1 до 0,8% в среднем повышает условный предел коррозионноусталостной прочности нормализованных образцов диаметром 5— 10 мм при чистом изгибе их в 3%-ном растворе NaCl, частоте 50 гц

ловный предел коррозионной выносливости не выше 10 кГ 1мм2. Увеличением содержания хрома до 12—13% и выше, никеля —

ческой обработки и рафинирования удается повысить условный предел коррозионно-усталостной прочности образцов диаметром 10 мм в 3%-ном растворе NaCl до 10—18 кГ 1мм2. Д л я аустенитных, отдельных сложнолегированных мартенситных сталей или сталей переходного класса условный предел выносливости при указан ­ ных выше условиях составляет 16—20 кГ/мм2.

Д л я получения высококачественных металлов в современной металлургии все шире начинают использовать различные методы рафинирования металлов с помощью вакуумного, электрошлако­ вого, электроннолучевого, плазменно-дугового переплавов, изме­ нения технологии конечного раскисления и т. п. Все эти .методы

88

н а п р а в л е ны на улучшение чистоты сталей по вредным примесям (кислород, сера, фосфор), а также по неметаллическим включени­ ям. Металлы после рафинирования указанными способами имеют, как правило, более высокие показатели механических свойств, высокую плотность, физическую однородность, меньшую анизо­

ШХ15 увеличивается с 10 до 12 кГ 1мм2, а для закаленной и низко-

показано, что применение указанных методов рафинирования по­ вышает предел выносливости стали ШХ15 в воздухе с 68—72 до 94—97 кГ'/мм2. Наибольшее повышение выносливости наблюдае­ тся дл я сталей ЭШП и двукратного ВП . Испытания проводились на образцах диаметром рабочей части 10 мм при чистом их изгибе с вращением при чистоте нагружения 50 гц.

Рафинирование оказывает существенное влияние на выносли­ вость высокопрочной закаленной стали ШХ15 в воздухе и в такой слабоагрессивной среде, как в л а ж н ы й воздух. В 3%-ном растворе NaCl при базе 5 X 107 циклов нагружения условный предел вы­ носливости снижается в 15—20 раз и составляет всего 5,7—6,7% от пределов выносливости этих сталей на воздухе. По абсолютному значению при указанной базе испытаний условный предел корро­ зионно-усталостной прочности составляет 4—6 кГ/мм2 независимо от способа рафинирования стали. Причем с увеличением базы ис­

стали ШХ15 позволит получить ощутимый эффект только в усло­ виях воздействия на циклически деформированный образец нейт­ ральной либо слабо агрессивной среды. С увеличением агрессив­ ности среды эффект от рафинирования с помощью переплавов при коррозионной усталости уменьшается, а при больших базах испы­ тания, когда решающая роль принадлежит электрохимическому фактору, — сводится к нулю.

Электрошлаковый переплав способствует повышению предела выносливости стали 15Х16Н2М на 3—7 кГ/мм2. В работе [57]

89