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: 91
Скачиваний: 0
стых и низколегированных сталей обычно используют методику их попеременного смачивания и высушивания на коррозионном колесе Гарднера. Попытки подвергнуть нержавеющие стали пред варительной коррозии при условии попеременного смачивания и
высушивания образцов |
на протяжении 30 дней |
на |
коррозион |
|
ном колесе не дали положительных результатов, |
так |
как |
корро |
|
зионных поражений на |
поверхности образцов не |
было |
обнару |
|
жено . |
|
|
|
|
В связи с высокой коррозионной стойкостью нержавеющих сталей в морской воде двадцатикратное периодическое смачивание в 3%-ном водном растворе NaCl образцов, нагретых до 250—300° G,
Рис. 11. Схема установки для пред варительной коррозии образцов.
также не дало желаемых ре зультатов. Поэтому возникла потребность найти ускоренный метод получения коррозионных поражений, характер которых был бы аналогичен поражениям при натурной коррозии. По скольку натурная коррозия стали в морской воде имеет элек трохимическую природу, д л я сокращения времени предвари тельной коррозии этот процесс интенсифицировался путем ано дной поляризации . Д л я опре деления оптимальных режимов электрокоррозии была проведе на серия опытов по исследова-
нию влияния плотности тока и времени его пропускания на электро коррозию сталей и сплавов в 3%-ном водном растворе NaCl. Электрокоррозшо готовых образцов осуществляли в специально скон струированном приспособлении (рис. 11). Все образцы тщательно промывали авиационным бензином, затем протирали активиро
ванным углем, являющимся хорошим дисорбентом, |
снимающим |
с металла поверхностные пленки жирных кислот, |
и затем еще |
раз промывали авиационным бензином и этиловым спиртом. Обез жиренный образец 3 с покрытыми цапонлаком головками с по
мощью |
изоляционных опор 2 устанавливали в графитовый ста |
|
кан 1. |
Стакан, заполненный 3%-ным водным раствором NaCl, |
|
с л у ж и л |
катодом. К образцу подключали |
положительный полюс |
источника постоянного тока. Силу тока |
регулировали реостатом |
|
по показаниям миллиамперметра. |
|
|
Коррозионные поражения фотографировали при одинаковом увеличении и сравнивали по диаметру язв и их плотности с кор розионными поражениями деталей, полученными в натурных усло
виях . |
Д л я |
сталей Х 1 7 Н 2 и Х17Н5МЗ коррозионные |
поражения, |
наиболее близкие к натурным, получали при плотности |
тока около |
||
50 MUJCM2 |
и |
времени поляризации 3—7 мин. |
|
20
П о с к о л ь ку загрязнение поверхности рабочей части образцов при коррозионных испытаниях приводит к разбросу результатов опыта, образцы после электрокоррозии промывали в дистиллиро ванной воде и авиационном бензине. Часто о коррозионной вы носливости сталей судят по их коррозионной стойкости или по изменению величины стационарного электродного потенциала, токов коррозии и других характеристик, полученных для образ цов, находящихся в ненапряженном состоянии. Однако такой под
ход не |
может |
быть оправдан, поскольку, |
как будет показано |
ниже, |
между коррозионной выносливостью и коррозионной стой |
||
костью |
стали |
в ненапряженном состоянии |
четкая к о р р е л я ц и я |
отсутствует.
Г Л А В А I I
В Л И Я Н И Е УСЛОВИЙ
НА Г Р У Ж Е Н И Я Н А УСТАЛОСТНУЮ
ИКОРРОЗИОШЮ-У СТАЛОСТН У ю
ПР О Ч Н О С Т Ь СТАЛЕЙ
1. Вид нагружения
Вид нагружения является существенным фактором, определяющим выносливость сталей. На основании опытных дан ных, полученных различными авторами при изучении влияния трех главных простых видов нагружений (изгиб, кручение, растя жение — сжатие) в условиях разной асимметрии цикла установ лено, что в воздухе или неактивной среде наименьшим пределом усталости обладают образцы, подвергаемые циклическому круче нию, а наибольшим — циклическому изгибу. Растяжение — сжа тие занимает промежуточное положение. Соотношение между пре делами выносливости, полученными при этих простых видах на г р у ж е н и я , во многом определяются свойствами материала. Так,
для нормализованной стали 45 предел |
усталости при изгибе ( 0 - х ) , |
||||||||||||||||
растяжении |
— сжатии |
(а_1 Р .с ) и кручении (t—j) в |
случае |
симмет |
|||||||||||||
ричного нагружения соответственно равны 25,8; 24,6 и 13,2 |
кГ/мм2, |
||||||||||||||||
а для среднелегированной |
стали (С = |
0,32%; |
Ni = 1,5%; |
Сг = |
|||||||||||||
= |
0,5%; Мп = 0,4%; Si = 0,36%; а в |
= |
78 кГ/мм2) |
|
величины этих |
||||||||||||
пределов составляют 36; 26 и 22 кГ/мм2 |
[146]. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Н а |
основании |
анализа |
многочисленных |
экспериментальных |
||||||||||||
данных |
предложены |
эмпирические |
зависимости |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
0--1Р.С = |
(0,7 — 0,8) <т_1 ; |
x _ i |
= |
(0,57 - |
0,62) |
ст_1? |
|
|
||||||
связывающие пределы выносливости при разных |
видах |
нагруже |
|||||||||||||||
ния |
[149]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В одной из первых |
работ [218] были приведены результаты ис |
|||||||||||||||
следований |
усталостной |
|
и |
коррозионно-усталостной |
прочности |
||||||||||||
хромованадиевой |
стали |
|
(С = |
0,46%; |
Сг = 0,88%; V = |
0,34%; |
|||||||||||
о в |
= |
68,9 кГ/мм2): |
в |
воздухе |
при 10' циклов |
о1 |
= 30 |
кГ/мм2, |
|||||||||
т г |
= |
19 кГ/мм2; |
в пресной |
воде соответственно |
было |
получено |
|||||||||||
а 1 с |
= 17 кГ/мм2, |
т_1с = |
8,5 кГ/мм2. |
|
Та же сталь после |
терми |
|||||||||||
ческой |
обработки (ав |
= |
103 |
кГ/мм2) |
имела |
|
в воздухе |
о_] = |
|||||||||
= |
48,5 кГ/мм2 |
и г _ | = 3 1 |
кГ/мм2, |
в пресной воде cr_ic = 12 |
кГ/мм2 |
||||||||||||
И |
Т_1с |
= 6 |
кГ/мм2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В работе [28] показано, что в коррозионной среде, имитирую щей морскую воду, с увеличением базы испытания отношение
22
т _ 1 с / с т _ 1 С - v 1, так как при большом времени воздействия кор розионной среды коррозионно-усталостное разрушение при обоих видах нагружения определяется преимущественно электрохими ческим фактором.
Учитывая, что при циклическом кручении образца выделяется больше тепла, чем при изгибе, авторы работы [104] предположили,
что |
коррозионная |
среда |
должна |
ока |
|
|
|
|||||||||
зать влияние также на тепловой эффект, |
|
|
|
|||||||||||||
связанный |
как с величиной |
амплитуды |
|
|
|
|||||||||||
циклического |
н а п р я ж е н и я , |
так и с ви |
|
|
|
|||||||||||
дом нагружения, причем это влияние |
|
|
|
|||||||||||||
должно |
быть |
|
больше |
при |
кручении. |
|
|
|
||||||||
Б ы л о |
показано |
(рис. 12), что при боль |
|
|
|
|||||||||||
ших |
|
напряжениях ( ± а = 24 |
кГ/мм2) |
|
|
|
||||||||||
коррозионная среда (3%-ный |
раствор |
|
|
|
||||||||||||
NaCl) и |
инертный |
охладитель |
(гептан) |
|
|
|
||||||||||
одинаково |
существенно |
повышают |
вы |
|
|
|
||||||||||
носливость |
стали. По мере |
приближе |
|
|
|
|||||||||||
ния |
к |
|
пределу |
усталости |
количество |
|
|
|
||||||||
выделенного тепла уменьшается, гептан |
|
|
|
|||||||||||||
перестает оказывать влияние на изме |
|
|
|
|||||||||||||
нение |
|
выносливости, |
а |
коррозионная |
|
|
|
|||||||||
среда |
начинает |
снижать |
выносливость |
|
|
|
||||||||||
стали |
вследствие |
проявления |
электро |
0,1 |
1,0 |
10 Ы,мпн. |
||||||||||
химического |
фактора. |
Положительное |
||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
влияние охлаждающего эффекта рабо |
Рис. 12. |
Кривые усталости |
||||||||||||||
чей |
среды |
можно |
объяснить |
тем, |
что |
образцов |
диаметром 10 мм |
|||||||||
при |
циклическом |
кручении |
в |
воздухе |
из стали |
40Х, |
отожженной |
|||||||||
при 835° С а частоте нагру |
||||||||||||||||
в поверхностных |
слоях |
могут |
возник |
жения 50 гц [104]: |
||||||||||||
нуть |
|
тангенциальные |
|
растягивающие |
I в з — круговой изгиб соответ |
|||||||||||
|
|
ственно в воздухе и 3%-ном рас |
||||||||||||||
н а п р я ж е н и я , |
а |
также |
осевые |
н а п р я ж е |
творе NaCl; 2 и 4 — при круче |
|||||||||||
ния, способствующие в случае |
больших |
нии соответственно в воздухе и |
||||||||||||||
3%-ном растворе |
NaCl; 5—при |
|||||||||||||||
амплитуд |
деформации появлению |
по |
кручении в нейтральном охлади |
|||||||||||||
верхностных |
трещин |
[147]. |
|
|
|
теле. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
При коррозионной усталости (база 5 X 107 циклов) для отож женной стали 40Х отношение t__iC/CT_Ic= 1 вместо 0,5—0,6 в воз духе, т. е. циклическая прочность стали при кручении в корро зионной среде снижается значительно меньше, чем при изгибе.
В табл. 1 приведены данные |
о влиянии вида нагружения (рас |
|||
тяжение |
— сжатие и изгиб) в воздухе и 3%-ном водном растворе |
|||
NaCl при частоте 2200 цикл/мин |
и базе 5 X 10' циклов для раз |
|||
личных |
сталей. Из табл. |
1 видно, что при осевом |
растяжении — |
|
сжатии |
предел усталости |
выше, |
чем при изгибе. |
Эти результаты |
не согласуются с многочисленными экспериментальными данными для других сталей [146]. В коррозионной среде существенного влияния вида нагружения не обнаружено. Анализ данных табл. 1 позволяет сделать вывод, что дл я оценки коррозионно-усталост- ной прочности при осевом цикле нагружения можно пользоваться
23
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
||
|
|
Влияние вида нагружения на некоторые свойства |
|
|||||||
|
|
сталей |
|229| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел |
Предел усталости на |
Условный предел кор |
|||
|
|
|
|
|
иозцухе. |
кГ/мм2 |
розионной усталости, |
|||
|
|
Сталь |
|
|
прочности |
|
кГ/мм* |
|||
|
|
|
|
|
|
°—1 р.с |
° - 1 |
°—1 |
р.с |
° - 1 |
Углеродистая (0,5% |
С) |
99,5 |
39,4 |
24,2 |
4,4 |
3,8 |
||||
Хромистая |
(15% |
Сг) |
|
63,2 |
38,8 |
34,6 |
14,2 |
17,3 |
||
Хромоникелевая |
(18% |
Сг. |
|
|
|
|
|
|||
8% Ni) |
|
|
(17% |
104,3 |
37,4 |
37,8 |
24,9 |
23,3 |
||
Хромоникелевая |
Сг, |
|
|
|
|
|
||||
11% Ni) |
|
|
|
86,0 |
51,5 |
44,8 |
19,4 |
24,3 |
||
данными, полученными при изгибе с учетом той же |
зависимости, |
|||||||||
что и |
для |
обычных |
атмосферных |
условий |
[26]. |
|
|
|
||
На |
наш взгляд, этот вывод приемлем только в случае |
больших |
||||||||
оаз испытания, когда прикладываемые напряжения невелики, а существенное снижение условных пределов коррозионной вынос ливости определяется главным образом электрохимическим фак
тором. Действительно, из результатов исследования |
коррозион- |
||||||
но-усталостной |
прочности образцов |
стали Х17Н2 |
|
следует, |
что |
||
в случае сравнительно |
небольших |
баз |
испытаний |
наблюдается |
|||
существенное различие между условным пределом |
коррозионной |
||||||
выносливости при изгибе и осевом |
растяжении — сжатии [195]. |
||||||
Испытания |
как в |
воздухе, так |
и |
в 3%-ном |
растворе |
NaCl |
|
проводились при симметричном цикле чистого изгиба вращаю щихся образцов на машинах МУИ-6000 с частотой нагружения 50 гц, и при симметричном цикле растяжения — сжатия на гидравличе ском пульсаторе ЦДМП-10 с частотой нагружения 20 гц. В обоих случаях образцы были полностью погружены в этот раствор, при чем обеспечивалось удовлетворительное перемешивание среды спе
циальным |
приспособлением. |
|
|
|
||
Установлено (рис. 13), что усталостная прочность образцов в |
||||||
воздухе при чистом изгибе выше, чем при осевом нагружении |
рас |
|||||
тяжением |
— сжатием, |
а в |
коррозионной |
среде эта |
прочность |
|
при осевом нагружении |
растяжением — сжатием |
значительно |
||||
выше, чем |
при чистом |
изгибе. Необходимо |
отметить, |
что |
такие |
|
результаты могли быть отчасти вызваны разными частотами и
различными видами |
нагружении . |
|
|
(20—50 гц) не |
|
При |
испытаниях |
в воздухе изменения частоты |
|||
должны |
влиять на |
усталостную |
прочность. |
В |
коррозионной |
среде это влияние |
невелико, причем, как будет показано ниже, |
||||
при кратковременном нагружении |
увеличение |
частоты повышает |
|||
коррозионно-усталостную прочность, а при весьма длительном — снижает ее.
Полученные выводы о циклической прочности в воздухе в зави симости от вида нагружения не противоречат существующим иред-
24