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

рицы, приводит к появлению коррозионных микроэлементов и усилению электрохимической гетерогенности поверхности сталь­ ного изделия.

Для изучения [125] микроэлектрохимической гетерогенности стали 20 с неметаллическими включениями типа А120 3, S i0 2, TiN и пластичными силикатами использовали микроэлектрохимическую методику. В электролите 0,009-н. H 2S 0 4 + 0,14% Н2О2 + + 0,0005% К 2Сг20 7 измеряли разности потенциалов поверхности нормализованной стали 20 вблизи неметаллических включений. Все включения оказались катодами по отношению к металли­ ческой матрице; в порядке убывания величины Дер их оказалось возможным расположить в ряд: А120 3, S i0 2, пластинные силикаты, TiN. В таком же порядке располагаются включения по увеличе­ нию удельного электрического сопротивления. Полупроводнико­ вые свойства включений позволили предложить вентильный ме­ ханизм возникновения коррозионной пары на включении в ме­ таллической матрице (рис. 70).

На границе включения и матрицы (рис. 71) отмечен большой градиент потенциала, обусловливающий большие плотности тока

[80

между включением и металлической матрицей (рис. 72), причем анизотропия свойств, вызванная прокаткой, подтверждает зависи­ мость Дер от концентрации напряжений около включений,

Расстояние от центра включениями

18}

и оказалась максимальной у образцов с пластичными включе­ ниями, растягиваемых вдоль и поперек направления прокатки.

Таким образом, увеличение электропроводности неметалли­ ческих включений и уменьшение при деформации электродного потенциала металла в их присутствии усиливают электрохимиче­ скую неоднородность стали.

Рассматривая скопление дислокаций у включения как «очаг плавления» (т. е. при нагружении ниже макроскопического пре­ дела текучести АР = т, см. гл.1), находим для среднего значе­

в этом явлении. Поэтому известные случаи понижения корро­ зионно-усталостной прочности стали при наличии твердых неме­ таллических включений, не объяснимые с позиций классической механики (разгрузка концентратора напряжений), получают про­ стое и естественное толкование с позиций теории механохимических явлений.

Коррозионные микроэлементы на линиях скольжения железа

В работе [123] была поставлена задача установить прямыми измерениями наличие разности потенциалов (микроэлектрохимическую гетерогенность) между точками поверхности пластически деформированного металла в области линий скольжения и вне ее. Исследование проводили по микроэлектрохимической методике с использованием установки ИНК-2, описанной в работе [126].

Изучали распределение потенциалов на поверхности шлифа армко-железа, подвергнутого электроннолучевому переплаву и отожженного при 920° С в вакууме в течение 2 ч, в растворе элект­

это было установлено поляризационными измерениями анодного растворения в данном электролите. Образец деформировали одно­ осным растяжением в пределах 0— 12%. После деформации на поверхности шлифа наблюдались отдельные линии скольжения и группы параллельных линий скольжения.

Были измерены потенциалы группы, состоявшей из нескольких параллельных линий скольжения (рис. 73). Поперечный размер группы (пачки) из 5—6 параллельных и близко расположенных линий скольжения (30—40мкм) более чем на порядок превосходил

\Щ

Рис. 73. Структура поверхности деформированного (е == 5% ) армко-же- леза. Стрелкой показаны точки измерения потенциалов. X 100

размер среза микроэлектрода (0,5— 1,0 мкм) и находился в пре­ делах его разрешающей способности.

Установленная в наших опытах деформационная микроэлектрохимическая гетерогенность области пачки линий скольжения (рис. 74) указывает на ускорение анодного растворения пласти­ чески деформируемого металла в активном состоянии: потенциал линий скольжения существенно отрицательнее потенциалу осталь­ ной поверхности металла; следовательно, .механохимическая ак­ тивность линий скольжения значительно выше активности взаимо­ действия с агрессивной средой ненарушенной поверхности металла.

С увеличением степени предварительной деформации образца разность потенциалов растет (рис. 75, пунктирная кривая), при­ чем в случае последовательных измерений на одном и том же об­ разце, деформируемом ступенями, увеличение разности потенциа­ лов меньше (сплошная кривая), что обусловлено большей .про­ должительностью пребывания образца в электролите. Действи­ тельно, характерной особенностью микроэлектрохимической ге­ терогенности линий скольжения является зависимость разности локальных потенциалов от времени (рис. 76). С увеличением вре­ мени разность потенциалов убывает вследствие постепенного рас­ творения активированного металла в области линий скольжения.

При изучении электрохимической гетерогенности в концентра­ торах напряжения наблюдалось [23, 127 ] постепенное увеличение разности потенциалов во времени вплоть до стабилизации, кото­ рое авторы объясняли различиями в формировании пассивационных пленок на деформированных и недеформированных участках концентратора. Однако в отличие от пассивного состояния дефор-

183

Д<р,мВ

различные зерна

, МН/м2( к г с /м м 2)

184

мационная миКроэлбктрохимическая гетерогенность активного мёталла с течением времени сглаживается, если металл находится в условиях статического нагружения.

Полученные результаты коррелируют с данными эксперимен­ тального изучения распределения искажений в зерне феррита путем измерения микротвердости в окрестности линий сколь­ жения [128]: с увеличением расстояния точки накола пирамидой от линии скольжения по нормали к ней величина микротвердости уменьшается по экспоненциальному закону (рис. 77). Это соот­ ветствует теоретическому предсказанию [6] характера изменений напряжений в направлении, нормальном к расположению плос­ ких скоплений дислокаций.

Вблизи плоских скоплений дислокаций, лежащих в плоскости сдвига, микротвердость резко возрастает. Отдых при 250° С в те­ чение 5 мин (кривая 3) привел к резкому снижению локальных

напряжений в этих областях и выравниванию напряженного со­ стояния в прилегающей части зерна, что соответствует разруше­ нию дислокационных скоплений при неизменном общем числе дислокаций, распределяющихся по объему более равномерно

впроцессе отдыха. Эти данные служат прямым экспериментальным подтверждением определяющей роли плоских скоплений дислока­ ций в концентрировании запасенной энергии деформации и повы­ шении локальной механоэлектрохимической активности металла

вобласти таких скоплений.

Локальный технологический наклеп при механической обработке стали

Механическая обработка поверхности, приводящая к локаль­ ному наклепу, влияет на химическое сопротивление и электрохи­ мические свойства стали.

Как было показано в работе [129], между высотой неровно­ стей на поверхности стали после токарной обработки и скоростью коррозии нет корреляции, поэтому авторы справедливо сделали вывод о том, что наклеп оказывает более значительное влияние, чем микрогеометрия поверхности.

Аналогичные результаты были получены [130] при измерении истинной поверхности профилографом после тонкой и грубой механической обработки поверхности металла наждачной бумагой

сразличным размером зерен (6—240 мкм): истинная поверхность увеличилась от 0,6 до 10%, а скорость коррозии сильно возрастала

сростом размера зерна, т. е. с увеличением степени.наклепа. Таким образом, увеличение истинной поверхности вследствие

шероховатости пластически деформированного металла дает не­ значительный вклад в механохимический эффект, который может на несколько порядков увеличить скорость химических процессов.

В работе [129] было установлено, что скорость коррозии стали в 3%-ном растворе серной кислоты уменьшается при переходе

185