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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 94

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

циклов нагружения условный предел коррозионной усталости

стали,

покрытой пленкой лака

302,

резко

снижается

 

(с

44

до

39 кПмм2).

 

К р и в а я

 

коррозионной усталости дважды

претерпевает

перелом.

Условный

 

предел коррозионной

усталости

стали с по­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

крытием при базе 5 X 1 0 7

циклов на­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гружения

 

составляет

28,5 кГ

1мм2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что всего

на

30%

превышает

ус­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ловный предел коррозионной ус­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

талости

стали

без покрытия.

Ми­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кроскопические

исследования

по­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

казали,

 

что

 

причиной

резкого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

снижения

 

выносливости

образцов,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

покрытых лаком 302, при базе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

около

 

2

X 107

циклов

 

является

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нарушение

сплошности

 

защитной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пленки. В защитном слое в резуль­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тате

 

многократной

деформации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

возникают пустоты в виде

пузырь­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ков и усталостные трещины, че­

 

0fi5 0,1

0,51,0

5

Ы,млн.

рез

которые проникает коррозион­

 

ная

среда

 

к

металлу

и

вызывает

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 83.

Кривые

усталости

(1—4)

его

коррозионно-усталостное

раз ­

и коррозионной усталости

(/ — IV)

рушение. Поскольку

толщина

за­

стали 1Х12Н2ВМФ после закалки

щитной

пленки в

процессе

испы­

с 1020°

С

и

отпуска

при

660° С

(1,

I ) ,

пескоструйной

 

обработки

тания

не

меняется,

то

качествен­

(2,

/ / )

и

полимерного

покрытия

ное

изменение

пленки

 

(ее

«уста­

(3,

/ / / ) . Сталь,

отожженная при

лость»)

можно

считать

 

основной

725° С

с полимерным

покрытием

причиной,

 

влияющей

на

коррози­

(4,

IV).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

онную

 

выносливость

стали.

 

 

 

Автором

данной

 

монографии

совместно с Т. Н.

 

Каличаком

и

др.

также

рассматривалось

вляние

 

полимерного

 

покрытия

на усталостную и коррозионно-усталостную

прочность

стали

1Х12Н2ВМФ,

находящейся в различном

структурном

состоянии.

В качестве материала неметаллического защитного покрытия ис­ пользовался полимер ЭН586, относящийся к эпоксидным мате­ риалам. Заготовки образцов подвергались термической обработке по двум режимам: низкому отжигу при 725° С (состояние постав­ ки) и закалке с 1020° С в масле с последующим отпуском при 660° С (3 ч) с охлаждением на воздухе. Перед нанесением защитного по­ крытия рабочая поверхность образцов подвергалась пескоструй­

ной обработке при давлении 4 атм

для обеспечения лучшей

сцен-

ляемости с полимером.

Измерение

шероховатости

шлифованной

и пескоструйной

поверхности показало, что

пескоструйная об­

работка снижает

чистоту

поверхности с V8 до

V6

класса

(ГОСТ

2879—59). Измерением микротвердости установлено, что степень наклепа на поверхности образца составляет 40%, т. е. микротвер­

дость приповерхностного слоя увеличивается с 280 до

420 кГ1мм2.

В результате наклепа наведены осевые остаточные

напряжения

164

с ж а т ия до 50 кГ/мм2. Толщина покрытия составляла около 0,1 мм. Если исследуемое покрытие полимером ЭП586 практически не повлияло на изменение выносливости стали 1 Х 1 2 Н 2 В М Ф , то в коррозионной среде (3%-ный раствор NaCl) условный предел коррозионной усталости повысился в три раза. Особенно отчетливо это проявляется при высоких амплитудах напряжений и малом числе (до 107 ) циклов нагружения (рис. 83).

С увеличением числа циклов более 107 проис­

ходит резкое

снижение (с 52 до 40 кГ 1мм2)

условного предела коррозионной усталости.

Д л я объяснения этого явления проводились

исследования

сплошности полимерного по­

крытия усталостных образцов в водном рас­

творе:

10 г/л железосинеродистого калия,

15 г/л

хлористого натрия и 20 г/л желатина.

Образцы, покрытые полимером ЭП586, погру­ жали в такой раствор и выдерживали в тече­ ние 0,5—1 ч. Железосинеродистый калий взаимодействует с солями двухвалентного железа (в данном случае хлористого железа) по реакции:

3FeCl2 +

2 К 3 [Fe (CN)6J = Fe [Fe (CNe )J2

+

KC1.

Рис. 84.

Кривые

усталостной

прочности

образцов

из стали

16ГНМ

[208]:

 

 

 

1 и 2 — с эмалевым

покрытием в

воздухе и воде;

• без

покрытия в воде.

Образовавшееся комплексное соединение представляет собой нерастворимую в воде соль темно-синего цвета и известно под на­ званием турнбулиевая синь. Наблюдение за появившимися на по­ верхности полимерных покрытий точками турнбулиевой сини ве­

лось визуально при десятикратном

увеличении. Образцы подвер­

гались проверке до и после испытаний на коррозионную

усталссть.

Установлено, что при напряжениях

выше 40 кГ/мм2 в

результате

многократной деформации имели

место нарушения

сплошности

полимерного покрытия. Коррозионная среда проникала к металлу через эти нарушения сплошности покрытия и вызывала катастро­ фическое коррозионно-усталостное разрушение. Циклическое нагружение образцов при напряжениях 36—38 кГ /мм2 и ниже не вызывало нарушения сплошности покрытия. Испытания, прове­ денные при более длительных базах (3 X 10* циклов), также по­ казали, что при циклических напряжениях порядка 36—38 пГ/мм2 сплошность полимерного покрытия не нарушалась . Аналогичная картина наблюдается при усталостных и коррозионно-усталостных испытаниях отожженной стали 1Х12Н2ВМФ с полимерным по­ крытием. Однако более низкая циклическая прочность отожжен­ ной стали, чем закаленной, обусловливает значительно низший

165

уровень предела

усталости.

Кроме

этого,

отсутствует

резкий

спад условного предела коррозионной

усталости, так как ампли­

туда деформаций, по-видимому,

недостаточна

для

нарушения

сплошности

полимерного

покрытия

при

принятой

базе

испы­

тания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слой эмали S i 0 2 — Na 2 0 — CaFe2 — В 2

0 3

— А 1 2 0 3 — ВаО —

С о 2 0 8

толщиной

200—250

мкм

повышает

условный

предел

кор­

розионной

усталости образцов

из стали 16ГНМ

приблизительно

на 60% (рис. 84)

[208] Снижение усталостной прочности образцов

с покрытием в коррозионной

среде по сравнению с

испытаниями

в воздухе в работе [208] объясняется

повреждением

слоя

эмали

при длительном воздействии на него

струи

воды, в результате

чего в покрытии возникают точечные

дефекты

типа

«рыбья

че­

шуя»,

причем эффект влияния

среды

сильнее

проявляется

при

больших долговечностях.

Следует отметить, что принятая база 107 циклов нагружения явно занижена и позволяет лишь весьма приближенно судить о влиянии покрытия и коррозионной среды на выносливость стали. Кроме того, кривые выносливости в коррозионной среде имеют горизонтальный участок, указывающий па наличие истинного предела выносливости, что не характерно для кривых коррозион- но-усталостной прочности.

Обобщая немногочисленные данные о влиянии неметаллических покрытий на коррозионно-уеталостную прочность сталей, можно заключить, что ряд полимерных покрытий является эффективным методом повышения выносливости сталей в коррозионной среде, особенно при отсутствии механических их повреждений и сравни­ тельно небольших базах испытания. Увеличение амплитуды де­

формации так же, как и

увеличение числа

циклов нагружения,

может привести к

«усталости»

покрытия

и потери его защит­

ных свойств.

 

 

 

 

2. Электрохимическая

защита

 

Сущность такого метода защиты деталей от коррозион­

ного разрушения

заключается в поляризации поверхности металла

от внешнего источника

постоянного тока. Д л я предотвращения

протекания коррозионных процессов используют катодную поля­ ризацию, эффективность которой зависит от двух электрохимиче­

ских факторов: плотности тока и защитного потенциала

[ 1 , 2, 67,

198].

 

В работе [177] показано, что с помощью катодной поляризации

при плотности тока 0,2 а/дм2 коррозионно-усталостная

прочность

образцов из нормализованной стали 45 в 3%-ном растворе NaCl существенно возрастает, а при плотности тока 0,5 а/дм2 достигается практически полная защита стали от коррозионно-усталостного разрушения (рис. 85). Установлено, что для эффективного повыше-

1G6

н ия коррозионно-усталостной прочности необходимо величину плотности тока выбирать значительно большей, чем это нужно для защиты деталей, находящихся в ненапряженном состоянии.

\»

к/4

 

 

— <

22

V

< >->

 

 

•-»•

 

 

18

 

 

11

 

 

10

 

 

 

 

<

 

 

< Н»-

0,1

0,5 1

5 Ы,млн.

Рис. 85.

Кривые

коррозионной

усталости, полученные при испы­

тании

образцов из

стали

45 в

3%-ном

растворе NaCl с различ­

ной

плотностью

защищающего

тока:

 

 

 

 

 

1 — в

отсутствие

тока; 2 и з — при

плотности

тока

соответственно

0,2 и

0,5 а/дмг;

4 — в

воздухе.

 

О

0,2

0,1 0,в" 1,2" 6,2

 

 

Дк,а/дмг

Рис. 86. Влияние плотности тока Д к при катодной поляризации на отноше­ ние предела коррозионной усталости a^_i к пределу усталости в воздухе

ав

[94]:

 

 

 

 

 

 

1 — сталь 45 в 3%-ном растворе

NaCl, кон­

сольный изгиб, база

10 X 10" циклов; 2 —.

сталь 35 в 3%-ном

растворе

NaCl,

кон­

сольный изгиб, база

5 X 10е циклов; з —

углеродистая

сталь

(ств = 36,5

 

кГ/мм') в

морской воде, плоский изгиб, база

20 х

10"

циклов; 4 — сталь

45

в 3%-ном

растворе

NaCl,

чистый

изгиб

с вращением,

база

20 X Ю" циклов.

Из анализа литературных данных следует, что в случае уве­ личения плотности тока при катодной поляризации резко возра­ стает коррозионно-усталостная прочность стали (рис. 86). Однако

для каждых конкретных условий

существует оптимальная плот­

ность тока, обеспечивающая

получение

наиболее высокой

коррозионно-устало­

стной прочности [94]. При оптимальной

плотности тока предел коррозионно-ус­

талостной

прочности возрастает

почти

до

значений,

полученных

в

воздухе

и д а ж е

выше, чем

в воздухе

[94, 255].

Поскольку

при

катодной

поляриза­

ции

возможно

наводороживание ме-

Рис.

87.

Влияние

катодной поляризации

на

предел

коррозионной

усталости

сталей

в

3%-ном

растворе

NaCl [94]:

 

 

 

 

1 — сталь 45ХНМФА ; 2 — сталь 40;

3 — сталь 20;

5 ц ,

»

и a]^J — пределы усталости в воздухе ста­

лей

20, 40 и 45ХНМФА

соответственно

(база 20

х

X 10" циклов).

167

Смотрите также файлы