Файл: Немкевич, А. С. Конструирование и расчет печатающих механизмов-1.pdf

Рнс. 17. Анодные поляриза­ ционные кривые стали по­ сле пластической деформа­ ции экструзией (0,1-н. рас­

твор HCI). Показано сечение кривых для фиксированного

значения тока

деформаций: Асробр *=» /гДср0. Полагая, как и ранее, п = 10 и учиты­ вая, что Аср° = 2,45 мВ, находим для максимальной величины эф­

фекта Лфобр = 24,5 мВ, что по порядку величины соответствует наблюдаемому сдвигу потенциала при максимальной деформации в гальваностатических измерениях для фиксированного значения тока (см. рис. 15).

, Механохимическое поведение металла, предварительно дефор­ мированного выдавливанием через фильеру (экструзия), также подчиняется установленным закономерностям. Исследовалась сталь ШХ15, подвергнутая экструзии (с помощью гидравличе­ ской камеры, создающей гидростатическое обжатие перед выда­ вливанием металла сквозь фильеру). Степень деформации соста­ вляла 10; 30; 50 и 66%.

На рис. 17 приведены анодные поляризационные кривые, свидетельствующие о снижении механохимического эффекта при максимальной деформации (стадия динамического возврата). Для сравнения дана анодная кривая для этих же материалов, но про­ шедших закалку с 830° С в масле. Как и следовало ожидать, после термической обработки различия термодинамических по­ тенциалов металла, связанные со степенью деформации, исчезли.

75

-fern, мВ(н.в.э)

Рис. 18. Зависимость параметров поляризации малоуглеродистой стали от деформации: ДФСТ — уменьшение стационарного потенциала; Д(ра — уменьшение потенциала актив­

ного состояния при плотности тока анодной поляризации 0,13 мА/см2; ^ -— плотность тока активного состояния при потенциале —270 мВ (н. в. э.); /п — плотность тока пас­ сивного состояния при потенциале —120 мВ (и. в. э.)

Следовательно, экструзию металла целесообразно выполнять при максимальных степенях деформации, когда разрушаются дислокационные скопления и понижается механохимическая ак­ тивность металла, т. е. повышается его сопротивление коррозии.

Такой вывод подкрепляется данными изучения физических свойств и рентгеноструктурного анализа устойчивость иска­ жений II рода, вызванных волочением металла, выше при малых степенях обжатия, чем при больших; изменение магнитных и электрических (электропроводность) свойств образцов, обжатых до 25%, испытывает аномалию, по-видимому, связанную с пере­ распределением дислокаций в ячеистую (или сеточную) струк­ туру.

Для сопоставления механохимического поведения стали при динамическом и статическом режимах нагружения изучали влия­ ние напряжений на гальваностатические поляризационные ха­ рактеристики стали Св-08 в 7-н. растворе серной кислоты при де­ формации одноосным растяжением. Кривые снимали последова­ тельно при напряжениях, отвечающих всем характерным уча­ сткам кривой деформационного упрочнения. Анализ показал, что анодный и катодный процессы облегчаются в области упругой деформации, несколько затрудняются в области площадки теку­ чести и затем вплоть до максимального деформационного упроч­ нения вновь облегчаются. В области динамического возврата1

1 Б е р н ш т е й н М. Л. Влияние наклепа на свойства термически обрабаты­ ваемых металлов и сплавов. Автореф. докт. дис. М., 1962.

76

наблюдается обратный сдвиг поляризационных кривых, которые практически совпадают с кривыми ненапряженного металла. Особенно отчетливо проявляется зависимость степени контроля реакции от деформации, если рассматривать сечения по току и по потенциалу для области активного растворения и области независимости плотности анодного тока от потенциала, т. е. пас­ сивации (рис. 18).

Характер изменений потенциала активного растворения, ста­ ционарного потенциала, тока активного растворения и тока пас­ сивного состояния тот же, что и при динамическом режиме нагру­ жения (см. рис. 13).

Указанные особенности анодного электрохимического пове­ дения стали обусловлены различным значением химического по­ тенциала металла на разных стадиях деформации, в связи с раз­ личной дислокационной субструктурой.

Нержавеющие стали

Механохимическое поведение нержавеющих сталей в работе' [62] изучали в условиях непрерывного растяжения электродов с постоянной скоростью нагружения в пассивирующих слабо­ кислых растворах с добавкой перекиси водорода. С увеличением нагрузки анодный ток между деформируемым и недеформируемым электродами в ячейке интенсивно нарастал и проходил через максимум, т. е. наблюдался существенный механохимический эффект.

Растяжение проволоки из нержавеющей стали типа 18-8 в ки­ пящем водном растворе хлорида магния с высокой скоростью пластической деформации (100% в минуту) показало увеличение плотности анодного тока более чем в 10* раз по сравнению с неде­ формируемым металлом. При этом линейная зависимость механохимического эффекта (в динамическом режиме) от скорости пла­ стической деформации наблюдалась и при неперемешиваемом электролите, и при потоке электролита со скоростью 40 см/с [58].

Максимальный механохимический эффект отмечается тогда, когда площадь, с которой растворяется металл, ограничена обла­ стью максимальной деформационной активации металла. Такие условия могут возникать в случае деформирования нержавеющих сталей: активное растворение происходит с локальных участков в местах выхода плоскостей скольжения, тогда как на всей осталь­ ной поверхности металл запассивирован. В таких локальных об­ ластях, непосредственно примыкающих к плоскостям скольже­ ния, изменение потенциала Дср° nkx/cbR'T. Учитывая, что при

77

выхода плоскостей скольжения, служит очень малая величина разблагораживания потенциала на стадии легкого скольжения, хотя число «активных центров» на этой стадии максимально воз­ растает. Значительное разблагораживание потенциала и рост анодного тока наблюдались только на стадии интенсивного де­ формационного упрочнения и коррелировали с его величиной. Если принять расчетную величину Дсрст = 105 мВ, то это при измерениях на стали 18-8 в потенциостатическом режиме [58] должно дать увеличение скорости анодного растворения в Ai/ia =

= exp Дфст/£> = 3 ,3 -103 раз. Это примерно соответствует величине ускорения анодного растворения в 104 раз, полученной в ра­ боте [58].

Коррозионное поведение нержавеющих сталей различно в за­ висимости от того, в какой области анодной поляризационной кривой находится потенциал в данный момент. Поэтому наиболь­ ший интерес представляют данные о влиянии деформации и на­ пряжений на характерные точки и участки этой кривой, особенно те, которые ограничивают область пассивного состояния.

Как было установлено [63], потенциал пробоя для ряда нержа­ веющих хромоникелевых сталей в растворах хлоридов линейно уменьшается с ростом статических растягивающих напряжений за пределом текучести, а плотность тока пассивного состояния уве­ личивается с ростом нагрузки при непрерывном деформировании. Причиной уменьшения потенциала пробоя считают повышенную химическую активность дислокаций.

Уменьшение потенциала анодного нарушения -пассивного состояния нержавеющей стали в хлоридных растворах под дей­ ствием растягивающих напряжений может служить критерием относительной устойчивости стали к коррозионному растрески­ ванию [64]. Даже при нагрузках ниже предела текучести в раз­ бавленном растворе хлорида натрия потенциал пробоя нержавею­ щей стали 18-8 и в нитратном растворе потенциал перепассивации мягкой углеродистой стали значительно уменьшились [65].

Как отмечено в работе [66], зависимость процесса коррозии стали 1Х18Н10Т от степени деформации при различных способах деформирования определяется одновременным действием двух факторов: . выделением a -фазы пониженной стойкости с обра­ зованием электрохимической гетерогенности и повышением энер­ гии решетки, в результате чего облегчаются анодный и катодный процессы. Эксперименты показывают, что с увеличением степени деформации скорость коррозии линейно растет при одноосном растяжении, обжатии, гидростатической вытяжке и взрывном

78

формообразовании, тогда как содержание a -фазы непрерывно увеличивается только при обжатии и вытяжке. При одноосном растяжении образовавшееся вначале небольшое количество a -фазы остается неизменным на протяжении почти всего процесса деформирования и не коррелирует с ростом скорости коррозии. Таким образом, в случае одноосного растяжения в этих опытах решающую роль играло повышение энергии кристаллической решетки.

В области потенциалов, соответствующих пассивному состоя­ нию стали типа 1008 в растворах нитрата аммония, деформация проволоки кручением в 40 оборотов приводила к росту скорости коррозии в 400 раз [67].

Ряд других металлов и сплавов в пассивном состоянии обнару­ жил механохимическое поведение, подобное нержавеющей стали.

Увеличение плотности тока пассивации на плоскости (111) с ростом степени пластической деформации монокристалла никеля наблюдалось в 0,5-н. растворе серной кислоты [68].

В области неполной пассивности (между потенциалами пас­ сивации и Фладе-потенциалом) электрохимическое поведение деформируемого электрода определяется двумя совместно дей­ ствующими факторами: механохимическим эффектом и пассивационными явлениями, осложненными механическими напряже­ ниями.

Поскольку механохимический эффект носит локальный харак­ тер, коррозия также должна проявляться локально, т. е. в виде питтингов. Действительно, эксперименты, выполненные на спла­ вах Fe — Сг [69], показали, что увеличение скорости роста питтинга в этой области потенциалов обусловлено деформацией при поверхностных объемов металла и не связано ни с какими по­ верхностными эффектами или побочными реакциями.

При изучении структурной коррозии и пассивации железной проволоки [70] отмечена зависимость электрохимического пове­ дения металла от положения исследуемого участка сечения про­ волоки относительно ее оси, так как степень обжатия различных участков при волочении была различной.

Изучение зависимости изменения электродного потенциала сплава хастеллой в 5%-ном растворе соляной кислоты и меди в 0,1-н. растворе CuS04 при различных скоростях деформации [71 ] показало интенсивное разблагораживание потенциала в на­ чале роста удлинения и последующий переход величины его сдвига через максимум, который не объяснен авторами. Смещение потенциала линейно увеличивалось с ростом скорости деформа­ ции. Также наблюдался [72] переход через максимум величины плотности критического тока пассивации с увеличением относи­ тельного удлинения образца из сплава железа с алюминием и хромом в растворах серной кислоты.

В связи с разрозненным характером экспериментальных дан­ ных представляло интерес изучить влияние напряжений в широ­

79