Файл: Ажогин, Ф. Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей.pdf

Как указывалось выше, гидропескоструйная обработ­ ка стали перед хромированием резко уменьшает вредное влияние твердого хромового покрытия на предел вынос­ ливости и статическую выносливость при повторном растяжении.

Проведенные исследования показали, что защитные свойства комбинированного покрытия хромом (10 мкм) -(-оксидный фоофат+гидрофобизирование, нане­ сенного на гидроопескоструенную и шлифованную по­ верхность, практически одинаковы: коррозии стали в тропической камере не наблюдалось в течение 390 суток.

ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕТАЛИ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

Исследование коррозионного и водородного растрес­ кивания высокопрочных сталей в процессе подготовки и нанесения металлических и неметаллических неорга­ нических покрытий дает возможность выбрать рацио­ нальную технологию их нанесения.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

Для получения качественных покрытий большое зна­ чение имеет подготовка поверхности.

Обезжиривание деталей из высокопрочных сталей целесообразно производить либо органическими раство­ рителями типа трихлорэтилен, перхлорэтилен, уайт-спи­ рит и др., либо химическое обезжиривание в фосфатнощелочных растворах, в состав которых входит фосфор­ нокислый натрий трехзамещенный, едкий натр, угле­ кислый натрий, силикат натрия, ОП-7 или ОП-Ю.

Электрохимическое катодное обезжиривание деталей из высокопрочных сталей в фосфатно-щелочных раство­ рах не рекомендуется из-за опасности наводороживания и связанного с этим ухудшения механических свойств стали. Допускается обезжиривание на аноде.

Продукты коррозии с поверхности деталей из высо­ копрочных сталей наиболее целесообразно удалять пес­ коструйной обработкой. Для этих целей применяется также обдувка чугунным песком, который получают пу­

237

тем размола дроби и поставляют гранулами различного размера. Обычно используется чугунный песок гранула­ ми ~ 0,3 мм. Допускается добавка к этому песку неко­ торого количества более крупной фракции с размером частиц 0,5 мм. Соотношение этих фракций может изме­ няться в пределах от 1:1 до 2:1. Чугунный песок обычно используют для черновой очистки крупногабаритных деталей.

При обдувке чугунным песком грануляции 0,3— 0,5 мм чистота поверхности стальных деталей снижает­ ся на 1—2 класса по* сравнению с пескоструйной обра­ боткой кварцевым песком.

Чугунный песок гранулами 0,3 мм также применяется для очи­ стки внутренней поверхности стальных трубчатых деталей. На спе­ циальных герметичных пескоочистительных установках пропускают под давлением песок через внутреннюю полость деталей из одной емкости в другую и обратно. Применение переходных штуцеров поз­ воляет одновременно очищать несколько трубопроводов одного диа­ метра. Для очистки внутренней поверхности деталей типа баллонов от окалины и ржавчины может также применяться обдувка чугун­ ным песком.

Преимущество обдувки чугунным песком состоит в высокой про­ изводительности и малой запыленности воздуха.

Как было показано, при обдувке чугунным песком в поверхно­ стном слое деталей из высокопрочных сталей создаются сжимающие напряжения, способствующие повышению сопротивления коррозион­ ному и водородному растрескиванию.

Однако этот метод очистки имеет недостатки; получается более шероховатая поверхность, чем при обдувке кварцевым песком, а также возможно внедрение частиц чугунного песка в обрабатывае­ мую поверхность детали.

При обдувке корундовым песком в поверхностном слое стали

также создаются сжимающие напряжения, в результате чего сопро­ тивление коррозионному и водородному растрескиванию высоко­ прочных сталей сильно повышается. В отличие от чугунного песка внедрение частиц корунда в обдуваемую поверхность не происхо­ дит и чистота обработки при этом снижается на 1—3. класса.

В последнее время стальные детали подвергают гидропеско­ струйной обработке, которая позволяет устранить запыленность ра­ бочей атмосферы кварцевым песком. При этом чистота обработки поверхности несколько выше, чем при обдувке сухим кварцевым песком. Так, если после обдувки сухим кварцевым песком при дав­ лении 392—490 кПа (4—5 ат) средняя высота гребешков состав­ ляет 14 мкм, то после гидропескоструйной обработки при давлении от 343 до 686 кПа (3,5—7 ат) — всего 9 мкм.

Гидропескоструйная обработка так же, как и обдувка сухим кварцевым песком, повышает сопротивление высокопрочных сталей коррозионному растрескиванию. Однако без применения специальных защитных средств гидропескоструйная обработка вызывает корро­ зию углеродистых и низколегированных сталей, в том числе и вы-

2 3 8

сожшрочных Для .предотвращения коррозии стали в процессе гид­ ропескоструйной обработки в пульпу с песком добавляют до 1% углекислого натрия. После этого детали промывают в воде, а за­ тем обрабатывают в содово-хромпиковом растворе (1,5—2,5 кг/м3 углекислый натрий, 0,5—1,0 кг/м3 хромпик калиевый или натрие­ вый) или 7—10%-ном растворе нитрита натрия. После указанной обработки в процессе сушки сталь не корродирует.

Опыт работы показывает, что гидропескоструйная обработка пригодна для подготовки поверхности перед нанесением металличе­ ских покрытий электролитическим способом, а также неметалличе­ ских неорганических покрытий.

Для удаления окалины и ржавчины используют также химические методы. Проведенное исследование показа­ ло, что при травлении в растворе состава: 15% соляной кислоты, с присадкой 30 кг/м3 БА-6 и 30 кг/м3 уротропина высокопрочные стали не подвергаются ни коррозионно­ му, ни водородному растрескиванию. При комнатной температуре в указанном растворе окалину средней тол­ щины удаляют в течение 30—40 мин, ржавчину (напри­ мер, полученную переменным погружением в 'Во­ допроводную воду в течение 30 суток) — в течение

10 мин.

Корректировку травильного раствора производят до­ бавкой 20—30% раствора соляной кислоты с таким же количеством ингибитора БА-6. Уротропин вводят непо­ средственно в травильный раствор. Данный раствор при­ меняют для очистки от окалины и ржавчины пружин и других деталей.

Для обеспечения необходимой прочности сцепления металлических покрытий, наносимых электролитическим способом, после обдувки песком и травления необходимо производить декапирование в растворе соляной кислоты (100 кг/м3) с добавкой 40—50 кг/м3 уротропина. Данный раствор можно использовать только после предваритель­ ной выдержки в течение 1 суток. За это время в растворе накапливаются поверхностно активные катионы, наличие которых предотвращает коррозионное и водородное раст­ рескивание высокопрочных сталей.

НАНЕСЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИИ

Металлические покрытия наносят на детали из сталей средней прочности электролитическим, химическим, го­ рячим, диффузионным способами и металлизацией.

2 3 9

Для деталей из высокопрочных сталей нанесение ме­ таллических покрытий горячим и диффузионным спосо­ бами непригодно из-за резкого ухудшения механических свойств.

Металлизация — наиболее приемлемый способ нанесения покры­ тий, поскольку при этом не происходит наводороживания и связан­ ного с ним охрупчивания стали. Этот метод отличается простотой технологии, позволяет наносить практически покрытия любой тол­ щины на различные металлы и сплавы, а также на детали больших размеров. Наиболее широкое распространение получила металлиза­ ция цинком, сплавом алюминий — цинк и алюминием. Следует от­ метить, что при нанесении указанных покрытий металлизацией не образуется поверхностных диффузионных слоев, наличие которых может приводить к ухудшению механических свойств сталей.

Для защиты от коррозии стальных деталей, работающих в обыч­ ных условиях, наносят цинковое покрытие толщиной ~40 мкм или алюминиевое------100 мкм. В последнее время начали применять покрытие сплавом алюминий — цинк. В сельской местности лучшей коррозионной стойкостью обладают покрытия с высоким содержа­ нием цинка (—90%), а в атмосфере индустриального района — с высоким содержанием алюминия. Сплав, состоящий из 50% Zn и 50% А1, дает хорошие результаты во всех атмосферных условиях. При повышенной влажности (тропические условия) покрытия цин­ ком и алюминием не обеспечивают надежной защиты от коррозии. Поэтому детали из высокопрочных сталей после металлизации цин­ ком или алюминием рекомендуется окрашивать.

Прочность оцепления покрытий со сталью определяется главным образом шероховатостью и температурой поверхности детали. Пе­ ред нанесением покрытий металлизацией детали подвергают обдувке

металлическим песком.

При этом в поверхностном слое высокопрочных сталей создают­ ся значительные сжимающие напряжения, резко повышающие со­ противление коррозионному растрескиванию.

Однако металлизацию распылением нельзя использовать для де­ талей 2-го и 3-го классов точности.

Вотличие от металлизации электролитический спо­ соб позволяет наносить тонкие металлические покрытия

свысокими защитными свойствами. При выборе вида по­ крытия, состава электролита и режима электролиза необ­ ходимо в первую очередь учитывать возможность водо­ родного растрескивания высокопрочных сталей в процес­ се нанесения, защитные свойства покрытия и его влияние на статическую и циклическую усталость стали.

Вусловиях повышенной влажности и температуры (тропические условия) наиболее высокой коррозионной

стойкостью и защитными свойствами обладает кадмиевое покрытие.

При кадмировании в хлористоаммонийном электро­ лите состава (кг/м3) : 40—50 хлористого кадмия, 200—250 хлористого аммония, 30—40 хлористого натрия, 7—10

240

тиомочевины, 1—2 столярного клея при pH = 44-4,5 и плотности тока 80—120А/м2не происходит водородного растрескивания высокопрочных сталей при растягиваю­ щем напряжении 1450 МН/м2 (145 кгс./мм2). Перед кад­ мированием детали из высокопрочных сталей рекоменду­ ется подвергать пескоструйной или гидропескоструйной обработке и декапированию в растворе соляной кислоты (ICO кг/м3) с добавкой 40—50 кг/м3 уротропина. Кадми­ рование в указанном хлористоаммонийном электролите не понижает статической и циклической усталости.

Для повышения коррозионной стойкости кадмиро-

ванные детали подвергают хроматированию или фосфатированию.

Для деталей из высокопрочных сталей, работающих на трение, широко используется хромирование.

Для предотвращения водородного растрескивания в процессе хромирования и уменьшения вредного влияния хромового покрытия на механические свойства высоко-' прочной стали детали перед хромированием подвергают обдувке корундовым песком или гидропескоструйной об­ работке при давлении 392—490 кПа (4—5 ат.) до выве­ дения следов механической обработки. Хромированию подвергаются только гладкие участки поверхности, при­ чем хромированный участок не должен доходить до ра­ диусов переходов на деталина ~ 5 мм. Хромирование де­ талей из высокопрочных сталей рекомендуется произво­ дить в электролите состава (кг/м3): 125—250 хромового ангидрида, 1,2—2,5 серной кислоты, 3,0 Сг3+ при тем­ пературе 55—60°С и плотности тока 5 кА/м2.

Для обеспечения прочного сцепления хромового по­ крытия стальные детали подвергают анодному декапиро­ ванию в электролите, состоящем из хромового анги­ дрида (125—200 кг/м3) и серной кислоты (2,5 кг/м3)-

Наряду с сернокислым хромовым электролитом для хромирования используют также саморегулирующийся хромовый электролит состава (кг/м3): 200—275 хромо­ вого ангидрида, 20 калия кремнефтористоводородного, 6 сернокислого стронция, температура электролита60°С, плотность тока 60—120 кА/м2.

Перед хромированием в саморегулирующемся элек­ тролите также следует производить анодное декапиро­ вание.

Отличительная особенность саморегулирующегося электролита — его высокая коррозионная активность по отношению к стали на участках поверхности, где не про­

241

исходит осаждения хрома. Для уменьшения коррозион­ ной активности в саморегулирующийся хромовый элект­ ролит целесообразно вводить 40 кг/м3 бихромата калия.

После хромирования с целью обезводороживания де­ тали прогревают в масляной ванне при 200°С в течение 3 ч, а затем производят механическую доводку хромиро­ ванных участков до заданных размеров и чистоты.

Как -показывают результаты коррозионных испыта­ ний в тропических условиях, минимальная толщина хро­ мового покрытия, обеспечивающая защиту сталей от коррозии, составляет 50 мкм. Толщина хромового покры­ тия может быть снижена, если наносить его по следу­ ющей схеме: хромирование (толщина покрытия~20 мкм); прогрев в воздушной печи при 200°С в течение2ч; оксидное фосфатирование или фосфатирование в универсальной ванне; обработка в 3—5%-ном растворе этилгидрополисилоксана в бензине или другом органи­ ческом растворителе; сушка при ПО—130°С в течение 1 ч. В случае необходимости механической доводки произво­ дится суперфинирование или хонингование.

НАНЕСЕНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИИ

Наибольшее распространение из неметаллических не­ органических покрытий для деталей из высокопрочных сталей получили фосфатные покрытия. Фосфатирование высокопрочных сталей рекомендуется производить в цинкфосфатной ванне, в ванне оксалатного, оксидного фосфатирования, и универсальной ванне фосфатирова­ ния, Перед фосфатированием детали из высокопрочных сталей необходимо подвергать обдувке песком или гид­ ропескоструйной обработке. Ванна оксидного фосфати­ рования и универсальная ванна фосфатирования позво­ ляют получать мелкозернистые фосфатные пленки на поверхности шлифованных и полированных деталей без предварительной пескоструйной обработки.

Фосфатирование после пескоструйной обработки де­ талей проводят по следующей схеме: монтаж; фосфати­ рование; промывка в холодной и теплой воде; обработка

врастворе бихромата калия (50—80 кг/м3) при 70—80°С

втечение 10—15 мин; промывка в теплой воде; сушка; дополнительная защита (окраска, промаслирание или гидрофобная обработка).

2 4 2

Детали, пескоструйная обработка которых невозмож­ на, фосфатируют в ванне оксидного фосфатирования или в универсальной ванне но следующей схеме: монтаж; хи­ мическое обезжиривание в фосфатно-щелочном растворе; промывка в теплой и холодной воде; декапирование в со­ ляной кислоте с добавкой уротропина; промывка в холод­ ной воде; фосфатирование; промывка в холодной и теп­ лой воде; обработка в растворе бихромата калия (50— 80 кг/м3) при 70—80°С в течение 3—5 мин; промывка в теплой воде; сушка; дополнительная защита.

Фосфатирование деталей из высокопрочных сталей в цинкфосфатной ванне состава, кг/м3: 33—35 монофосфа­ та цинка, 49—53 азотнокислого цинка, 13—14 ортофосфорной кислоты производят при 92—98°С в течение 10— 15 мин. Приготовление цинкофосфатной ванны рекомен­ дуется производить следующим образом.

Предварительно приготовляют концентрат А состава, кг: 370—380 монофосфата цинка, 550—560 азотнокислого цинка, 140—150 ортофосфорной кислоты, 490—500 воды.

Раствор для фосфатирования составляют из девяти объемных частей концентрата А в 91 части воды. Приго­ товленный таким образом фосфатирующий раствор дол­ жен иметь общую кислотность 60—80 «точек». При сни­ жении общей кислотности ниже 60 точек производится корректировка фосфатирующего раствора концентратом Б состава, кг: 460—470 монофосфата цинка, 470—480 азотнокислого цинка, 210—220 ортофосфорной кислоты, 520—530 воды.

Корректировку ванны производят из расчета: на ка­

раствор следующего состава, кг/м3: 60—75 монофосфата цинка, 75—100 азотнокислого цинка, 0,2—1,0 нитрита на­ трия при общей кислотности 75—95 точек.

При холодном фосфатирования следует особо тща­ тельно подготовить поверхность стальных деталей.

Оксидное фосфатирование деталей из высокопрочных

2 4 3