Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
разъеданием никель-кадмиевого покрытия . При более высоких ба зах испытания (более 2 X 107 циклов) покрытие разъедается на значительно больших участках и условный предел коррозионноусталостной прочности стали с покрытием уже не так суще ственно отличается от такого для стали без покрытия. Б ы л о ис следовано влияние никель-кадмиевого покрытия на выносливость
стали 1Х12Н2ВМФ . Образцы пе ред покрытием подвергались
N
|
|
|
|
|
|
т |
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
\ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
0,1 |
/ |
|
|
|
|
0,05 0,1 |
|
|
Ю Н.мли. |
|
0,05 |
0,5 |
5 |
10 Ы, млн |
||||
Рис.77. Кривые усталости ввоз- |
Рис. 78. Кривые усталости и кор |
|||||||||||
духе (1, 2) и |
коррозионной |
уста |
розионной усталости отожженной |
|||||||||
лости в 3%-ном |
растворе |
NaCl |
при 725° С стали |
1Х12Н2ВМФ |
с |
|||||||
(/, / / ) стали 1Х12Н2ВМФ |
без по |
никель-кадмиевым |
покрытием: |
|
||||||||
крытия (1, I) |
и с никель-кадми |
1 — в воздухе; |
2 —при температуре |
|||||||||
евым покрытием (2, II, |
3, |
4); при |
400° С; з — при |
400° С с |
периодиче |
|||||||
температуре |
400° С |
в |
воздухе |
ским смачиванием водой; 4 — в 3%-ном |
||||||||
(3) и с периодическим смачивани |
растворе |
NaCl. |
|
|
|
|
|
|||||
ем водой (4). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з а к а л ке с 1020° С и отпуску при 660° С. Д л я сравнения |
изготавли |
|||||||||||
вались также образцы из стали |
1Х12Н2ВМФ |
после |
низкотемпе |
|||||||||
ратурного отжига при 725° С (3 ч) в состоянии |
поставки. |
Общая |
||||||||||
толщина никель-кадмиевого покрытия составляла 9—15 |
мкм. |
Слой |
||||||||||
кадмия (2—3 |
мкм) |
наносился после нанесения никеля. |
Образцы |
|||||||||
с покрытием подвергались нагреву при температуре 325° С в те чение 1 ч д л я частичной десорбции водорода и увеличения сцепле ния слоя с основным металлом. Усталостные испытания (рис. 77)
показали, |
что никель-кадмиевое покрытие закаленной |
с |
1020° С |
||
и отпущенной при 660° С стали существенно |
снижает |
(с |
54 |
до |
|
46 кГ1ммг) |
предел усталости. Если на предел |
усталости |
никель- |
||
кадмиевое покрытие оказало отрицательное влияние, то |
услов |
||||
ный предел коррозионной усталости в среде |
3%-ного |
раствора |
|||
NaCl покрытых образцов существенно повысился (более |
чем |
в |
|||
два раза). Характерно, что к р и в а я коррозионной усталости в ис-
154
следуемом диапазоне 104 — 5 X 107 циклов нагружения не пре
терпевает перелома, |
характерного для непокрытой стали. |
|
|
В связи с тем |
что |
гальваническое никель-кадмиевое покрытие |
|
предназначено, в |
основном, для повышения коррозионной |
стой |
|
кости деталей, работающих до температуры 500° С, автором сов
местно с Т. Н . Каличаком проведены |
усталостные испытания по |
||||||
крытых |
образцов |
при температуре 400° С, а также |
при 400° С |
||||
с периодическим |
смачиванием |
водой. Никель-кадмиевое покрытие |
|||||
достаточно хорошо защищает |
сталь |
от |
воздействия |
повышенных |
|||
температур. При |
температуре |
испытания |
400° С предел усталости |
||||
снизился всего лишь на 4 |
кГ/мм2. |
Периодическое |
смачивание |
||||
нагретых до 400° С образцов |
снижает |
предел усталости покрытой |
|||||
стали на |
10 |
кГ/мм2. |
|
|
|
|
|
Д л я отожженной стали с никель-кадмиевым покрытием (рис. 78) влияние среды в случае усталостных испытаний как при комнат ной, так и при 400° С сказывается слабее. Закаленная и отпущен ная сталь с никель-кадмиевым покрытием имеет все же более вы сокие по абсолютным значениям пределы усталости и коррозион ной усталости, чем отожженная с никель-кадмиевым покрытием. Следовательно, никель-кадмиевое покрытие в сочетании с терми ческой обработкой стали, состоящей из закалки и отпуска по оп тимальным режимам, обеспечивает достаточно высокие значения коррозионной усталости стали как при комнатной, так и при по вышенной (400° С) температуре и может успешно применяться
впромышленности.
4.Цинкование
Гальваническое и горячее цинкование, а также кадмирование существенно повышают коррозионно-усталостную проч ность углеродистых сталей в пресной и соленой воде [227, 2281. При базе 2 — 5 X 107 циклов нагружения условный предел кор розионно-усталостной прочности для этих сталей составлял 80— 100% предела усталости в воздухе. Цинкование не оказало замет ного влияния на изменение предела усталости в воздухе (табл. 24). Менее существенное влияние цинкования и кадмирования на по вышение коррозионно-усталостной прочности было замечено для хромо-никелевой стали (Сг — 0,6%; № — 1,4%; С — 0,37%) [2321. Значительное повышение коррозионно-усталостной прочности об разцов из стали 45 в результате цинкования получено в [177] (рис. 79).
В работе [26] указывается, что, наряду с существенным повы шением коррозионно-усталостной прочности, цинкование как бы обусловливает существование в коррозионной среде истинного предела усталости или, по крайней мере, снижение величины циклических напряжений с увеличением базы испытания весьма незначительное.
155
|
|
|
|
Т а б л и ц а 24 |
||
Влияние гальванических покрытий на уста |
||||||
лостную |
прочность образцов из стали 50 [228J |
|||||
|
|
|
|
Предел усталости, |
||
|
|
|
|
|
кГ/мм* |
|
Состояние |
Покрытие |
Толщина |
|
|
||
стали |
покры - |
в 3%-ном ра |
||||
|
|
|
тия, мм в воз |
створе NaCl |
||
|
|
|
|
духе |
при |
2хЮ' |
|
|
|
|
|
циклов |
|
Нормализованная |
|
. |
— |
25,8 |
|
6,3 |
» |
Цинковое |
0,014 |
25,3 |
23,1 |
||
|
Кадмие |
|
|
|
|
|
» |
вое |
|
0,013 |
23,9 |
21,6 |
|
Холоднотя путая |
— |
— |
38,6 |
|
5,5 |
|
» |
Цинковое |
0,014 |
38,4 |
33,7 |
||
|
Кадмие |
|
|
|
|
|
» |
вое |
|
0,013 |
35,9 |
29,8 |
|
Р е зуль т а ты проведенных |
автором |
исследований |
усталостной |
|||
и коррозионно-усталостной |
прочности |
образцов |
диаметром 10 мм |
|||
из среднеуглеродистой стали, подвергнутых цинкованию, так ж е подтвердили высокую эффективность такого покрытия, однако ис тинного предела выносливости оцинкованных образцов в 3%-ном растворе NaCl при базе испытания
к5 X 107 циклов не было обнаружено.Шахтные канаты, работающие,
|
|
|
|
в основном, |
в |
сырых |
и даже мокрых |
|||
|
|
|
|
стволах, часто подвергаются коррози- |
||||||
24 |
|
|
2 |
онно-усталостному разрушению. Весьма |
||||||
|
|
|
эффективным методом повышения ра |
|||||||
20 |
|
|
|
ботоспособности |
канатов в таких ус |
|||||
|
|
|
ловиях |
также |
является |
цинкование |
||||
|
|
\ |
7 |
проволоки. Меднение проволоки отрица |
||||||
16 |
|
|
|
тельно |
влияет |
на |
коррозионно-уста |
|||
|
|
|
лостную прочность канатов [131 ]. |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
12 |
|
|
|
Рис. 79. |
Кривые коррозионной |
усталости не- |
||||
|
|
|
|
оцпнкованных |
(1), |
оцинкованных |
металлиза |
|||
8 |
|
|
( |
цией (2) |
и электролитически |
(3) |
образцов из |
|||
„_ |
, |
стали 45 |
в 3%-ном растворе NaCl. |
|||||||
0,1 |
0,5 |
1 |
Ы,млн. |
|
|
|
|
|
|
|
Повышение коррозионно-усталостной прочности канатной про волоки в синтетической морской воде применением цинкования показано в [199].
5. Комбинированные методы
Представляет интерес применение комбинированных методов повышения коррозионно-усталостной прочности деталей, заключающихся в совмещении поверхностного упрочнения закал -
156
кой т. в. ч. или поверхностного |
наклепа с нанесением |
гальваниче |
|
ских покрытий (хромирование, |
цинкование |
и т. п.). |
|
В работе [177] показано, что совмещение |
поверхностной закал |
||
ки т. в. ч. с последующим цинкованием в 4,5 раза |
увеличивает |
||
условный предел коррозионно-усталостной |
прочности стали 45 |
||
в 3%-ном растворе NaCl. Предел усталости стали 45 в нормали
зованном состоянии в воздухе составил 25,5 |
кГ/мм2, |
а |
условный |
|||
предел коррозионно-усталостной |
прочности |
после |
комбинирован |
|||
ного упрочнения — 45,2 кГ/мм2. |
|
Положительный эффект был по |
||||
лучен при совмещении |
закалки т. в. ч. и электролитического хро |
|||||
мирования [178]. В этом случае |
условный |
предел |
коррозионно- |
|||
усталостной прочности |
образцов |
из стали 45 в 3%-ном |
растворе |
|||
NaCl увеличился с 10 до 30 |
кГ/мм2. |
|
|
|
||
|
|
|
|
Т а б л и ц а 25 |
||
Результаты испытаний на коррозионно-усталостную |
||||||
прочность |
резьбовых |
|
образцов при консольном |
симмет |
||
ричном изгибе [103) |
|
|
|
|
|
|
|
талос- х обвозду- |
Марка стали |
Преде, ти гла разцов хе, кГ, |
|
|
40Х |
36,0 |
40ХНМА |
35,0 |
18ХНВА |
46,0 |
НН-ЗБ |
|
Предел усталости образцов (М30хЗ,5) в 3%-ном растворе NaCl при базе 10' циклов,
кГ/мм2
неоцинкованных оцинкованных
неупроч- |
упрочнен |
неупроч- |
упрочнен |
ненных |
ных |
ненных |
ных |
12,0 |
20,0 |
18,5 |
35,0 |
13,5 |
31,0 |
17,0 |
34,0 |
13,0 |
29,5 |
21,0 |
45,0 |
14,0 |
27,0 |
14,0 |
29,0 |
Весьма эффективным методом повышения коррозионно-уста лостной прочности резьбовых деталей является метод поверхност ного вибрационного наклепа резьбы особенно в сочетании с после дующим цинкованием [103] (табл. 25). К сожалению, данные ра
боты |
[103] |
получены при |
довольно |
небольшой базе испытаний |
(107 |
циклов |
нагружения), |
что не позволяет с достоверностью су |
|
дить об эффективности таких методов |
комбинированного упрочне |
|||
ния в случае более длительных баз испытаний.
Без использования упрочняющей обработки и защитных по крытий эффективность применения легированных сталей с точки
зрения |
обеспечения высокой |
коррозионно-усталостной |
прочнос |
|
ти не |
высока. |
|
|
|
|
6. Механизм влияния |
|
||
|
гальванических покрытий |
|
||
|
Все |
гальванические |
покрытия по отношению |
к основ |
ному металлу в зависимости от условий можно разделить на катод ные и анодные, т. е. способствующие его электрохимическому по ражению или защищающие основной металл от разрушения .
157