Выбор метода обеспечения коррозионной стойкости деталей машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор метода обеспечения коррозионной стойкости деталей машин Работа выполнена при финансировании гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МД-1268.2005.8.

О.Н. Федонин

Коррозионная стойкость детали зависит от химического состава ее материала и качества поверхностного слоя, свойств коррозионной среды и условий корродирования, вида используемого ингибитора, его концентрации, вида покрытия, его качества и т.п.

С учетом перечисленного модель коррозии детали может быть записана в виде

,

где V_k - скорость коррозии детали; V_ko - скорость коррозии образца сравнения; КС - комплексный параметр качества поверхностного слоя детали, характеризующий скорость коррозии детали после механической обработки; К_уk - коэффициент, учитывающий влияние условий корродирования на скорость коррозии; К_и - коэффициент, учитывающий влияние ингибитора коррозии на скорость коррозии детали (коэффициент ингибирования); К_п - коэффициент, учитывающий влияние покрытия на скорость коррозии детали (коэффициент покрытия).

Поэтому коррозионную стойкость деталей машин можно обеспечивать технологическими методами (путем выбора материала требуемого химического состава, создания определенного качества поверхностного слоя при механической и термической обработке) или повышать благодаря использованию ингибиторов коррозии и различных защитных покрытий: неметаллических и металлических.

При необходимости обеспечения требуемой коррозионной стойкости детали определяют допустимую скорость коррозии [V_к] с учетом требуемого срока службы детали. Зная условия эксплуатации данной детали, можно записать следующую зависимость:

Определив сочетания значений величин правой части уравнения, удовлетворяющие условию равенства, обеспечиваем тем самым требуемую коррозионную стойкость детали в заданных условиях эксплуатации. Значения же величин правой части уравнения зависят от выбранного метода обеспечения коррозионной стойкости и формируемого качества поверхностного слоя детали.

При этом в качестве образца сравнения принимается образец из того же материала после нормализации и тонкой абразивной обработки, корродирующий при полном погружении в дистиллированную воду.

Учесть возможные отличия фазовых составов материалов детали и образца сравнения можно с помощью коэффициента фазового состав К_Ф.

,

где - эталонная скорость коррозии образца сравнения; К_Ф - фазовый коэффициент (табл. 1).

Материалы образцов сравнения имеют следующие значения эталонной скорости коррозии:

; К_С% = 0,87 + 2,87С - 6,92С²; 0,04 ? С ? 0,4%.

*Для данных материалов V_Kо -скорость коррозии материала покрытия.

К_Cr% = 0,93 - 0,065Cr ; К_С% = 0,47 + 1,11С; 0,4 ? С ? 1,1%.

Таблица 1. Коэффициенты влияния фазового состава стали на скорость коррозии

КС - комплексный параметр качества поверхностного слоя детали, характеризующий скорость коррозии детали после механической обработки [2].

Для нетермообработанных деталей

,

где n - коэффициент, зависящий от условий корродирования, n = 0,5 - для сухой коррозии, n = 0,7 - для влажной и мокрой коррозии, n = 0,66 - для коррозии при полном погружении; Uн, tm, Sm, Rv - параметры качества поверхностного слоя детали.

Для термоупрочненных деталей

,

где НВ, НВ₀ - твердость материала до и после термоупрочнения соответственно; b₀, b₁ - коэффициенты, зависящие от марки материала, для низкоуглеродистых сталей b₀ = 0,713; b₁ = 5,72; для среднеуглеродистых сталей b₀ = 0,74; b₁ = 5,57.

Значения коэффициента КС будут определяться методом механической обработки и качеством поверхностного слоя, при этом КС для различных стадий механической обработки будет принимать различные значения (табл. 2).

К_уk - коэффициент, учитывающий влияние условий корродирования на скорость коррозии.

,

где К_т - коэффициент, учитывающий влияние толщины пленки влаги на поверхности детали; К_с - коэффициент, учитывающий агрессивность коррозионной среды; К - коэффициент, учитывающий влияние температуры коррозионной среды на скорость коррозии детали; К_рН - коэффициент, учитывающий влияние концентрации ионов Н⁺ на скорость коррозии детали.

Таблица 2. Возможности различных методов обработки по обеспечению комплексного параметра КС

Зависимость скорости коррозии от толщины пленки влаги на поверхности можно представить в виде функции [1, 3] , где h - толщина пленки влаги, мкм.

20h, h 10^-2;

5h^0,695, 10^-2 h 10^-2;

5е^-0,0016h, 1,0 h 1000;

1,0, 1000 < h.

Толщина пленки влаги на поверхности металла может быть определена по зависимостям [3]

, 98 %;

, 98 < 100 % (мелкая роса);

, (крупная роса);

, (мкм осадки);

, (периодическое окунание в жидкость),

где - относительная влажность воздуха, %.

Агрессивность среды может быть учтена с помощью коэффициента К_с, зависящего от химического состава среды, ее загрязненности и т.д. [2], принимающего значения 0,25-100.

Влияние на скорость коррозии температуры может быть учтено с помощью коэффициента К, определяемого по зависимостям:

- для атмосферной коррозии: ;

- для коррозии при полном погружении:

, 20 70С;

, 70 < 90С.

Влияние на скорость коррозии рН среды может быть учтено с помощью коэффициента К_рН, определяемого по зависимостям [3]

, рН 5;

, 5 рН 12;

, 12 рН.

Значения коэффициента ингибирования зависят от вида ингибитора, его концентрации и способа использования: введение в электролит при жидкостной коррозии или нанесение на поверхность детали из раствора методом окунания при атмосферной коррозии. В первом случае значения К_и зависят только от вида ингибитора и его концентрации.

Коэффициент К_и при коррозии стали в жидкости имеет следующие значения:

Во втором случае значения К_и зависят также и от качества поверхностного слоя детали.

,

где - табличное значение коэффициента ингибирования при определенных условиях, принятых за стандартные; - поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности детали; - поправочный коэффициент, учитывающий концентрацию ингибитора (табл. 3).

при атмосферной коррозии стали имеет следующие значения:

Коэффициент имеет следующие значения:

Таблица 3. Значения коэффициента

Коэффициент К_п, используемый для оценки эффективности покрытий (коэффициент покрытия), может быть определен по зависимости

,

где - скорость коррозии детали с покрытием; - скорость коррозии детали в тех же условиях без покрытия.

Значения коэффициента К_п зависят от многих факторов: вид покрытия, материал покрытия, пористость и т.д.

Величину коэффициента покрытия для неметаллических лакокрасочных и порошковых покрытий можно определить выражением

,

где - коэффициент, учитывающий влияние увеличения фактической площади поверхности подложки.

 = 0,96 ,

где К_ш - коэффициент увеличения фактической площади поверхности подложки вследствие шероховатости (К_ш= 1,0 - 1,12).

- коэффициент, учитывающий толщину покрытия t_п и высотные параметры шероховатости,

= 2,34

- коэффициент, учитывающий радиус впадин профиля шероховатости подложки (для большинства покрытий), = 1,0.

Величину коэффициента покрытия для металлических гальванических покрытий можно определить выражением

,

где Ra - среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости поверхности подложки, мкм; t_n - толщина покрытия, мкм.

Список литературы

коррозионный стойкость деталь машина

1. Защита от коррозии, старения и биоповреждения машин, оборудования и сооружений: справочник. В 2 т. Т. 1. / под ред. А.А. Герасименко. - М.: Машиностроение, 1987.

2. Федонин, О.Н. Инженерия поверхности детали с позиции ее коррозионной стойкости /О.Н. Федонин // Инженерный журнал: справочник: прил. № 10. - 2001. - С. 2-5.

3. Федонин, О.Н. Инженерия поверхности детали с позиции накопленной внутренней энергии / О.Н. Федонин // Инженерный журнал: справочник: прил. № 8. - 2002. - С. 23-24.

Размещено на Allbest.ru