Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Разрушение при коррозии

1. Разрушение при коррозионном растрескивании

Коррозионное растрескивание или коррозия под напряжением (КПН) - это процесс образования и развития трещин в результате длительного действия статических напряжений (внешних или внутренних) в коррозионной среде.

КПН является одним из опаснейших видов повреждений оборудования химической, газо-нефтедобывающей и перерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности.

Она может проходить в растворах, содержащих сероводород, аммиак, в щелочных, нитратных и хлоридных растворах, в растворах кислот и т. д.

Склонность деталей к коррозионному растрескиванию зависит:

1. от величины внешних и внутренних напряжений;

2. от предварительной степени пластической деформации детали;

3. от состава структуры и термической обработки;

4. от состава и воздействия коррозионной среды.

Данный вид разрушения может быть причиной значительных аварий. Особая опасность существует при эксплуатации оборудования, работающего под высоким давлением или в условиях повышенных температур и использовании химических веществ.

Понятно, к каким последствиям может привести коррозионное растрескивание напряженной арматуры при строительстве промышленных и гражданских объектов.

Следует особо выделить опасность повреждения деталей транспортных средств и в теплоэнергетике.

В одной из работ отмечено: «Повреждения нержавеющих сталей наблюдается на самых различных изделиях - от кофейников до оборудования тяжелой индустрии».

2. Стадии развития коррозионного растрескивания

Коррозионное растрескивание характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации макро-объемов металла и состоит из трех стадий:

1. медленное развитие трещин, когда процесс в основном определяется коррозионным фактором;

2. скачкообразное относительно быстрое развитие трещин при увеличивающемся влиянии механического фактора;

3. лавинообразное разрушение.

3. Вид излома и особенности распространения трещин

Особенностью трещин коррозионного разрушения является их сильная разветвленность и развитие разрушения по границам зерен.

Рис. 1. - Трещина в результате коррозии под напряжением сплава системы Al - Zn - Mg (3% раствор NaCl при 0,7у_0,2), 200^х:

Изломы образцов и деталей разрушившихся при совместном действии коррозии и напряжения имеют, как правило, много очаговый характер. Этому способствует то, что очагами коррозийного растрескивания являются множественные поверхностные коррозийные повреждения. Изломы обычно имеют матовую и желтую поверхность, особенно в начальной зоне относительно медленного развития коррозии, и покрыты продуктами коррозии, наблюдаются также вторичные трещины образовавшиеся в результате коррозийного растрескивания. Начало коррозийного растрескивания, как правило, совпадает с коррозийными язвами (очаги разрушения).

4. Влияние чистоты металла, размера зерна, текстуры на склонность к коррозии под напряжением

Коррозия под напряжением сталей связана с гетерогенностью микро- и субмикроструктуры. Эксперименты, проведенные на моно- и поликристаллах железа в нитратных растворах, показали, что только поликристаллы способны к коррозионному разрушению.

Таблица 1. - Сталь 12 Х18Н10 - раб cреда NaCl+H₂О:

В большинство коррозийных сред коррозийные трещины развиваются на межкристаллитной основе. Даже незначительные загрязнения границ зерен, скопление атомов внедрения, повышенное скопление дислокаций и т. п., делает сталь чувствительной к коррозионному разрушению.

Пример:

Во многих системах тепловых и атомных электростанций наблюдаются случаи коррозийного растрескивания элементов, сделанных из аустенитных нержавеющих сталей после 5-7 лет эксплуатации. Склонность этих деталей к КПН определяется состоянием и составом - стабильностью структуры и свойств, наклепом наличием легирующих элементов и количеством углерода. Влияние последних сказывается в первую очередь, на наличии и состоянием карбидов на границах зерен.

Рис. 2. - Диаграмма склонности стали к межкристаллитной коррозии:

Холоднотянутая труба из стали 04Х18Н86Б(№6) - раб среда MgCl₂ (хлорид магния) - трещины образовались через 6 часов. После нагрева до 870⁰С - не имеем коррозии растрескивания, т. к., исчезли деформационные напряжения.

Коррозийное растрескивание очень опасно, так как может привести к внезапному разрушению детали (часто без заметных внешних признаков). Кроме того образование трещин способствует образованию других видов разрушения, в частности усталостного.

5. Разрушение при коррозионной усталости

Коррозионно-усталостным разрушением называется разрушение материалов в результате действия повторно приложенных напряжений и коррозионной среды. Разрушения типа коррозионного растрескивания и коррозионной усталости имеют общую существенную особенность: на разрушение влияют два фактора - механический и коррозионный. С увеличением напряжения увеличивается роль механического фактора, с уменьшением напряжения и увеличением агрессивности среды - коррозионного.

Одновременное действие коррозионной среды и переменного напряжения приводит к более легкому процессу зарождения субмикроскопических и микроскопических нарушений и ускорением развития усталостных трещин.

То есть, наше разрушение при коррозионной усталости может начаться при напряжениях значительно ниже предела выносливости.

Влияние коррозионной среды на стадию зарождения и развития определяется также общей коррозионной стойкостью материала и его чувствительностью к концентраторам напряжений, в данном случае в коррозионным кавернам, язвам и т. д.

Коррозионная среда наиболее сильное влияние оказывает на зарождение трещин, так при зарождении трещин обеспечивается свободный доступ среды к ее устью.

Даже при очень незначительном повреждении поверхности наблюдается резкое число циклов нагрузки до разрушения (сплав Д1, глубина трещин ~ 0,1 мм, число циклов уменьшилось в 10 раз).

Коррозионно-усталостное разрушение начинается, как правило, после существенного повреждения поверхности, т. е., от очагов (язвы, каверны, МКК) одновременно начинается развитие многих трещин.

Многочисленные трещины, развиваются по мере роста и заканчиваются пучками, напоминающими корневую систему.

Макроскопические усталостные признаки - усталостные кольцевые линии при внутреннем прохождении разрушения - достаточно отчетливо выражены, менее четко.

Макро-картина коррозионно-усталостного излома помимо большого количества очагов в большинстве случаев характерна тем, что поверхность разрушения повреждена коррозией и покрыта сеткой мелких и крупных трещин, наблюдаются продукты коррозии, окисления.

Рис. 3. - Коррозионно-усталостные трещины:

Примеры экспертного исследования.

Анализ причин разрушения детали « рычаг твердомера» и составление экспертного заключения.

Определить причину разрушения рычага твердомера ТШ.

1. Порядок выполнения исследования:

- Контрольный химический анализ;

- Определение твердости;

- Микроанализ.

Результаты исследования.

Таблица 2. - Химический анализ стали, %:

2. Результаты измерения твердости: 148 НВ.

3. Микроскопический анализ.

Для изучения микроструктуры микрошлиф вырезан по месту разрушения рычага.

Структура изучалась после травления 4% - м раствором азотной кислоты в спирте.

Структура:

- феррита - перлитная;

- крупнозернистая.

Рис. 4. - Микроструктура стали рычага:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определить причину разрушения в процессе эксплуатации фрезы для нарезки зубьев шестерни.

1. Порядок выполнения исследования:

- Контрольный химический анализ;

- Определение твердости;

- Макро-анализ излома.

2. Микро анализ. Результаты исследования.

Таблица 3. - Контрольный химический анализ стали, %:

Рис. 5. - Результаты измерения твердости: 61 - 62 HRC.

3. Анализ излома. вещество молекулярный химический

При наружном осмотре фрезы изучалось состояние рабочих поверхностей фрезы и вид разрушения: наблюдается скол отдельных зубьев у основания, разрушение корпуса фрезы не обнаружено. Излом по месту скола зубьев матовый, бархатный, местами волокнистый.

4. Микроанализ.

Микроструктура фрезы - мелко-игольчатый мартенсит + карбиды в виде сетки и обрывков сетки, балл карбидной неоднородности 7 - 8. Карбидная ликвация представляет собой участки не разрушенной эвтектики, вытянутой в направлении деформации.

1. Согласно контрольного химического анализа сталь разрушенной фрезы соответствует марке Р6М5, ГОСТ19265 - 73;

2. Результаты микроскопического анализа и измерения твердости показали, что качество термической обработки удовлетворительной;

3. Наблюдается карбидная неоднородность 7 - 8 баллов.

Заключение

1. Согласно результатам контрольного химического анализа материалом исследуемого рычага является сталь 40 - ГОСТ 1050 - 88.

2. Структура свидетельствует о том, сто сталь находится в литом состоянии.

Причиной разрушения рычага твердомеры ТШ является отсутствие термической обработки.

Проведенным исследованием установлено, что причиной разрушения фрезы является карбидная неоднородность, которая способствует повышению хрупкости.

Наличие карбидной сетки свидетельствует о том, что был нарушен технологический процесс горячей пластической деформации литых заготовок.

Размещено на Allbest.ru