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

в л и я н ия и наводороживания. Необходимо отметить, что при вы­ соких амплитудах циклической деформации деталей под воздей­ ствием коррозионной среды могут наблюдаться случаи увеличения времени до их разрушения, вызванные проявлением охлаждаю­ щего эффекта, который д л я температур до 200—400° С может оказывать положительное или отрицательное влияние на вынос­ ливость стали в зависимости от ее физико-механических свойств. В частности, для многих углеродистых и низколегированных ста­ лей с увеличением температуры до 200—300° С выносливость уве­ личивается. С увеличением времени воздействия среды, т. е. с уменьшением амплитуды циклической деформации успевает про­ явиться электрохимический фактор. Таким образом, адсорбцион- но-электрохимическая гипотеза коррозионной усталости — наи­ более универсальна и позволяет истолковать ряд явлений, которые не могут быть объяснены с позиций чисто электрохимической, а также других гипотез.

Влияние коррозионной среды на выносливость сталей обычно учитывают различными экспериментально установленными коэф­ фициентами (Р), представляющими собою отношение выносливости образцов в коррозионной среде к выносливости образцов в возду­ хе. В подавляющем большинстве случаев р < 1, иногда несущая способность в коррозионной среде составляет всего несколько процентов от прочности стали в воздухе. Такие коэффициенты удобно использовать при сравнительных испытаниях (например, если нужно установить, как влияют на изменение выносливости агрессивность среды, термическая или технологическая обработка образцов). При расчетах гораздо удобнее пользоваться абсолют­ ной величиной условного предела коррозионной выносливости стали с учетом технологических, конструктивных и эксплуатацион­ ных факторов, а не относительными коэффициентами или, как это предлагается в последнее время [175], величиной Да, показываю­ щей, на сколько выносливость в коррозионной среде меньше та­ ковой в воздухе. Поскольку математического количественного или качественного аппарата, описывающего коррозионно-усталост- ные процессы, пока не существует, для правильной и точной оцен­ ки несущей способности деталей, работающих в коррозионных средах, как правило, необходимо проводить предварительные, под­ час весьма трудоемкие эксперименты с целью получения характе­ ристик коррозионно-механической прочности сталей.

4. Оборудование для исследования

коррозионно-усталостной прочности металлов

Д л я исследования коррозионно-усталостной прочности образцов, как правило, используются машины, предназначенные д л я определения характеристик усталости сталей в воздухе, снабжен­ ные специальными приспособлениями для подвода коррозиоппой

9

среды. Поскольку конструкция существующих испытательных машин, принцип их работы, технические характеристики широко освещены в литературе [19, 118,182, 201J, подробно на этом вопро­ се останавливаться не будем. В данной работе кратко рассмот­ рены используемые нами конструкции и приспособления к суще­ ствующим машинам, необходимые для коррозионно-усталостных испытаний, а также те установки, которые не нашли должного освещения в литературе.

Наиболее распространенные приспособления для исследования коррозионпо-усталостной прочности образцов при чистом изгибе или кручения в нейтральных электролитах, находящихся при

I Подача i среды

Рис. 3. Схемы приспособлений для подвода коррозионной среды к об­ разцам, нагружаемым по принципу чистого изгиба с вращением:

а — закрытая камера; б — открытая камера; в — приспособление для подвода

среды капельным методом.

в среду, содержание кислорода в которой может быть регламен­ тировано. При испытании образцов на коррозионную выносли­ вость в приспособлении, схема которого показана на рис. 3, б,

постоянно обогащается кислородом. Приспособление, показанное на рис. 3, в, предназначено для периодической или постоянной подачи среды на образец капельным или струйным методом или, как часто встречается в литературе, методом орошения. При таком методе подвода среда наиболее обогащена кислородом. Аналогич­ ные приспособления типа ванночек широко используются для исследования выносливости сталей в коррозионной среде на ма­ шинах с вертикальным расположением образцов.

При выборе типа приспособления необходимо иметь в виду, что на величину коррозионной выносливости будет оказывать влияние метод подвода среды, что связано с возможностью растворения раз­ л и т о г о количества кислорода в электролите.

10

Г. В. Карпенко и другие [85] показали, что коррозионноусталостная прочность углеродистой стали в нейтральных электро­

усиливается с увеличением базы испытаний. При воздействии на циклически деформируемую сталь дистиллированной водой ин­ тенсивный доступ кислорода создает условия для пассивации по­ верхности, и коррозионно-усталостная прочность деталей повы­ шается по сравнению с испытаниями в условиях затрудненного доступа кислорода. При наличии в нейтральном электролите депассиватора хлор-иона (3% -ный раствор NaCl) коррозионно-уста-

исследований авторы работы [85] рекомендуют при определении

Агрессивность коррозионной среды, ее природа, состав — важ ­ нейшие факторы, обусловливающие несущую способность сталь­ ных деталей при их циклическом нагружении . С увеличением агрессивности среды роль других факторов (структуры, химиче­ ского состава стали, ее обработки) уменьшается. Некоторые све­ дения о влиянии воздуха, растворов нейтральных электролитов, кислот и т. п. приведены в литературе, где эти вопросы сравни­ тельно полно обобщены и систематизированы [26, 67, 1771.

Представление о воздухе как об эталоне коррозионно-инерт- ной среды весьма условно по двум главным причинам. Во-первых, в воздухе может содержаться различное количество влаги, газов, паров разных веществ и т. п., что повышает химическую агрессив­ ность воздушной атмосферы, не говоря уже о содержании кисло­ рода, который может сам по себе оказывать большое влияние на выносливость некоторых металлов. Агрессивность атмосферы воз­ духа в зависимости от условий может меняться в 100 раз [250]. Во-вторых, различные материалы обладают разной активностью по отношению к коррозионным средам.

Известно, что результаты испытаний, проведенных в вакууме, когда были исключены влияния адсорбции кислорода и влаги воз­ духа, показали лучшую выносливость стали в вакууме, чем в воз­ духе. Однако усталостные испытания в воздухе являются наибо­ лее распространенными и подавляющее большинство опублико­ ванных в литературе данных получены в воздухе. Следовательно, эта среда обычно принимается за эталонную.

Наиболее часто испытания на усталость сталей в средах про­ водятся на стандартных машинах типа Н У и МУИ-6000 с частотой н а г р у ж е н и я около 3000 цикл/мин. Эти машины работают с

11

постоянной нагрузкой в течение всего периода испытания вплоть до разрушения образца. Обычно база для испытаний образцов на усталость в воздухе принимается равной 107 циклов, а в кор­ розионной среде 5 X 107 циклов. Принятые базы испытаний обес­ печивают достаточно полные данные о пределе усталости в воздухе и характере кривых усталости в коррозионных средах.

Влияние среды на усталость обычно учитывают коэффициентом влияния среды р с , который определяется отношением условного предела коррозионной усталости металла в данной среде сг1с к пределу выносливости его в воздухе а _ х при той же базе испытаний,

т. е. р с = o_ic/a_i.

Изменение общего электродного потенциала металла при одно­ временном воздействии коррозионной среды и знакопеременных растягивающих напряжений в определенной степени характери ­ зует процесс его коррозионно-усталостного разрушения [177, 204].

Измерение общего электродного потенциала в процессе цикли ­ ческого нагружения образцов было проведено на разработанной нами [79] установке (рис. 4, а), которая отличается от описанной в литературе [61] более надежным способом включения вращаю ­ щегося образца в измерительную цепь при помощи конструктивно измененного токосъемника с серебряными контактами, исключаю­ щими возникновение паразитной э. д. с. Установка включает в себя машину 1 для испытания материалов на усталостную проч­ ность, работающую по принципу чистого изгиба с вращением об­

электрод сравнения 10 с капилляром 9. Запись изменения элект­ родных потенциалов осуществляется самопишущим милливольт­

форматор 5 подключается двигатель мешалки 6. Измерение и ре­ гулирование температуры в термостате осуществляется с помощью контактного термометра 7, соленоидного клапана 8, запорного вентиля 9 и змеевика 10.

Исследования проводили на образцах с диаметром рабочей части 5 мм. На головки образцов напрессовывали фторопластовые втулки, изолирующие вращающийся образец от сальников ванны

12