Старение и коррозия металла
Обновлено: 08.07.2024
Единая система защиты от коррозии и старения
Термины и определения
Unified system of corrosion and ageing protection. Corrosion of metals. Terms and definitions
Дата введения 2022-07-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Ассоциацией содействия в реализации инновационных программ в области противокоррозионной защиты и технической диагностики "СОПКОР" (СРО "СОПКОР")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 214 "Защита изделия и материалов от коррозии, старения и биоповреждений"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 22 октября 2021 г. N 144-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
ЗАО "Национальный орган по стандартизации и метрологии" Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2021 г. N 1447-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 9.106-2021 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2022 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
Введение
Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области коррозии металлов.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.
Нерекомендуемые к применению термины-синонимы приведены в круглых скобках после стандартизованного термина и обозначены пометой "Нрк".
Термины-синонимы без пометы "Нрк" приведены в качестве справочных данных и не являются стандартизованными.
Наличие квадратных скобок в терминологической статье означает, что в нее включены два термина, имеющие общие терминоэлементы.
В алфавитном указателе данные термины приведены отдельно с указанием номера статьи.
Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при использовании термина в документах по стандартизации.
Приведенные определения можно, при необходимости, изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.
В случаях, когда в термине содержатся все необходимые и достаточные признаки понятия, определение не приводится и вместо него ставится прочерк.
Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы - светлым, синонимы - курсивом.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает термины и определения основных понятий в области коррозии металлов.
Термины, установленные настоящим стандартом, рекомендуются для применения во всех видах документации и литературы в области коррозии металлов, входящих в сферу действия работ по стандартизации и использующих результаты этих работ.
2 Термины и определения
Общие термины
1 коррозия металлов: Разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.
1 Для процесса коррозии следует применять термин "коррозионный процесс", а для результата процесса - "коррозионное разрушение".
2 Под металлом следует понимать объект коррозии, которым может быть металл или металлический сплав.
2 коррозионная среда: Среда, в которой происходит коррозионное разрушение металла.
3 жидкая коррозионная среда: -.
4 газовая коррозионная среда: -.
5 окислительная газовая среда: Газовая среда, вызывающая окисление металла.
6 корродирующий металл: Металл, подвергающийся коррозии.
7 коррозионные потери: Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время.
Примечание - Количество выражается в объемных или массовых единицах измерений.
8 продукты коррозии: Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и коррозионной среды.
Примечание - При электрохимической коррозии образование продуктов коррозии является результатом анодного или катодного коррозионного процесса.
9 скорость коррозии: Коррозионные потери металла с единицы поверхности в единицу времени.
Примечание - Коррозионные потери могут выражаться в глубинном, массовом или других показателях (в единицах плотности электрического тока).
10 коррозионная стойкость: Способность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды.
Примечание - Коррозионная стойкость определяется качественно и количественно (скоростью коррозии в данных условиях). Коррозионная стойкость может быть оценена:
- изменением массы металла в результате коррозии, отнесенной к единице поверхности и единице времени;
- объемом выделившегося водорода (или поглощенного кислорода) в процессе коррозии, отнесенным к единице поверхности и единице времени;
- уменьшением толщины металла вследствие коррозии, выраженным в линейных единицах и отнесенным к единице времени;
- изменением какого-либо показателя механических свойств за определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах, или временем до разрушения образца заданных размеров;
- изменением отражательной способности поверхности металла за определенное время коррозионного процесса, выраженным в процентах;
- плотностью тока, отвечающей скорости данного коррозионного процесса;
- временем до появления первого коррозионного дефекта на образце заданных размеров или числом коррозионных дефектов на образце по истечении заданного времени.
11 внутренние факторы коррозии: Факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности).
12 внешние факторы коррозии: Факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движения среды и т.д.).
13 коррозионный дефект: Участок поверхности металла, на котором протекает коррозионный процесс с зафиксированными коррозионными потерями.
14 коррозионный риск: Количественный показатель, определяемый вероятностью разрушения сооружения или конструкции в результате коррозионного процесса и уровнем ущербов, вызываемых этим разрушением.
15 управление коррозионным риском: Процесс, охватывающий оценку коррозионных рисков, разработку и проведение технических мероприятий по снижению вероятности проявления коррозионных угроз, а также анализ эффективности принятых мероприятий.
16 коррозионная угроза: Потенциальная возможность возникновения и протекания коррозионных процессов на сооружении или конструкции при наличии совокупности воздействующих внешних и внутренних факторов.
17 идентификация коррозионной угрозы: Определение вероятности разрушения сооружения или конструкции по причине коррозии или интенсивности коррозионных процессов по результатам технического диагностирования или данным коррозионного мониторинга.
18 коррозионный мониторинг: Систематизированный сбор и анализ данных об интенсивности воздействия внутренних и внешних факторов коррозии и коррозионном состоянии конструкций и сооружений.
19 коррозионное состояние: Характеристика эксплуатируемого объекта (сооружения или конструкции), определяемая наличием, количеством, распределением и геометрическими размерами коррозионных дефектов.
Типы коррозии
20 электрохимическая коррозия: Взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды являются реакциями сопряженных анодного и катодного процессов и их скорости зависят от электродного потенциала.
1 Ионизация атомов металла относится к анодному коррозионному процессу (анодная реакция).
2 Восстановление окислительной компоненты коррозионной среды относится к катодному коррозионному процессу (катодная реакция).
21 химическая коррозия: Взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают одновременно.
Виды коррозии
22 газовая коррозия: Химическая коррозия металла в газах, протекающая при температурах, когда конденсация влаги на поверхности металла невозможна.
Примечание - Коррозия, протекающая в условиях любого влажного газа, относится к атмосферной коррозии.
23 атмосферная коррозия: Коррозия металла, протекающая в воздушной атмосфере.
24 коррозия при неполном погружении: Коррозия металла, частично погруженного в жидкую коррозионную среду.
25 коррозия по ватерлинии: Коррозия металла по линии переменного смачивания при неполном погружении его в жидкую коррозионную среду, в т.ч. при циклическом погружении.
26 коррозия при полном погружении: Коррозия металла, полностью погруженного в жидкую коррозионную среду.
27 подземная коррозия: Коррозия металла в почвах и грунтах.
28 биокоррозия: Коррозия металла под влиянием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.
Старение и коррозия металла сварных соединений
Старением металла называют процесс изменения структуры и, как следствие, механических свойств металла со временем. Он проявляется в повышении твердости и хрупкости металла. Если процесс старения происходит при комнатной температуре, то он называется естественным старением. Если процесс старения происходит при нагреве до заданной температуры с последующим охлаждением - искусственным старением. Искусственному старению подвергают в основном сплавы титана и алюминия для повышения прочности этих сплавов. Повышение прочности при искусственном старении оценивается при испытании на ударную вязкость металла шва. Коррозией называется процесс физикохимического разрушения металла под влиянием внешней среды. Коррозионная стойкость сварных соединений в различных средах и при различных температурах имеет большое значение, так как сварные швы и соединения часто работают в средах, способных вызвать разрушающую коррозию, таких как атмосферная влага, морская вода, растворы кислот и щелочей; совместное действие этих факторов. По характеру процесса различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия есть процесс окисления металла при непосредственном воздействии окружающей среды без присутствия электрического тока. Окисление железа и его сплавов происходит на воздухе, в дистиллированной воде, в концентрированных агрессивных средах и т. д. Электрохимическая коррозия характеризуется тем, что она протекает в электролитах (растворах солей, кислот, щелочей) и сопровождается появлением электрического тока. Стойкость против коррозии зависит от химического состава, структуры, состояния поверхности, напряженного состояния металла, а также от химического состава, концентрации, температуры и скорости перемещения агрессивной среды по поверхности металла. При ремонте корпусов речных и морских судов, например, установлено, что наружная поверхность подводной части корпуса имеет участки корродированного металла. Анализ причин коррозии показывает, что окалина, не удаленная с поверхности металла корпуса, обладает более высоким потенциалом и является катодом. Участки корпуса, где отсутствует окалина, являются анодом и поэтому металл подвергается усиленному коррозионному разрушению. Для защиты сварных конструкций от воздействия коррозии их окрашивают специальными грунтовыми красками. Для повышения коррозионной стойкости сварных швов на конструкциях из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, предназначенных для эксплуатации в морской воде или подобной среде, рекомендуется при ручной сварке вводить в металл шва 0,55 % никеля. Для этого применяют электроды марки Э-138/Н-50, имеющие основное покрытие и содержащее 0,7—1,1 % никеля. Автоматическая сварка под флюсом производится сварочной проволокой Св-08ГНА, содержащей 0,9—1,2 % никеля.
Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика
Общие сведения о сварочных аппаратах
В данной главе рассмотрены сварочные аппараты для механизированной и автоматической дуговой сварки и их отдельные узлы: подающие механизмы, сварочные горелки, флюсовая и газовая аппаратура. Аппарат для механизированной дуговой сварки, включающий …
Источники со звеном повышенной частоты
Освоение производства источников питания со звеном повышенной частоты является перспективным и интенсивным направлением совершенствования оборудования для дуговой сварки. Ниже приводятся сведения об инверторных источниках тока ВДУЧ-301 и ВДЧИ-251 (табл. 9). …
Сварочные выпрямители
Отечественные сварочные выпрямители имеют, как правило, трехфазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях используются трехфазная мостовая, двойная трехфазная схема с уравнительным дросселем и кольцевая схема …
Коррозия и старение металла
Одним из самых распространенных материалов, которые используются в промышленности и строительстве, является металл. Даже на фоне появления технологичных стеклопластиков и композитов его уникальные комбинации эксплуатационных свойств не теряют актуальности. Тем не менее такие факторы, как старение металла, эффект усталости, коррозия и другие процессы разрушения ограничивают его применение, заставляя технологов искать средства повышения стойкости структуры.
Процесс старения
Под старением металлических сплавов и чистых элементов понимается изменение их эксплуатационных качеств. С течением времени конструкции и детали меняются в своей структуре, что отражается и в рабочих показателях. Считается, что процесс старения металла имеет негативные последствия, хотя он обуславливает и повышение отдельных полезных технико-физических свойств. Например, повышается твердость материала, хотя параллельно увеличивается и хрупкость. В любом случае изменение структуры отклоняет эксплуатационные качества, на которые делается расчет, к примеру, при разработке проекта здания или техники.
Время является главной причиной старения, но не единственной. Немалую роль в этом процессе могут играть внешние условия и особенно химические агрессивные среды, с которыми контактирует материал. В нормальных же условиях эксплуатации происходит медленное механическое старение металла, на фоне которого атомы изделия подвергаются диффузии.
Искусственное старение
Поскольку данный процесс не всегда приводит к полной утрате эксплуатационной ценности материала, а также способствует наращиванию некоторых качеств, нередко используется искусственное старение. Например, эта методика применяется к сплавам алюминия и титана в целях повышения их прочности. Достигается же этот эффект посредством термической обработки. Если естественное старение металла может происходить очень медленно даже при нормальной комнатной температуре, то искусственный процесс требует специальной закалки. Но важно учитывать принципиальное различие этого метода и технологии отпуска металла. Старение в искусственно созданных условиях обуславливает повышение твердости и прочности, но также способствует и уменьшению пластичности.
Меры предотвращения старения
В принципе, остановить этот процесс нельзя. Но замедлить его или исключить факторы, стимулирующие старение, с разной степенью успешности вполне возможно. К примеру, на некоторых производствах металлы отдельных конструкций периодически обрабатываются защитными растворами и полиролями, которые минимизируют влияние негативных факторов эксплуатации – химических, температурных, механических и т. д. Что касается замедления эффекта старения металла в условиях нормальной среды эксплуатации, то в зависимости от типа конструкции или детали может применяться та же термическая обработка. Сварщики, например, подвергают швы высокотемпературному воздействию при режимах 600-650 °С. Эта методика в большей степени близка именно к отпуску металлов, но она также позволяет сократить интенсивность старения.
Химическая коррозия
Процесс ржавления более опасен для металлов с точки зрения изменения технико-физических качеств. Коррозия может происходить под воздействием химического или электрохимического влияния на конструкцию. И если старение металла протекает медленно, то скорость распространения ржавчины может быть очень высокой в зависимости от внешних условий.
Химические коррозийные процессы обычно имеют место в случаях, когда металл напрямую контактирует с кислотными растворами, газовыми средами, солями и щелочами. Это наиболее активные стимуляторы коррозии, которые всегда находятся в окружающей среде, но в разных формах. В конечном счете на зоне поражения образуется хрупкий и рыхлый слой, наличие которого снижает долговечность материала.
Электротехническая коррозия
В данном случае происходит процесс самопроизвольного взаимодействия металлических изделий с электролитической средой. На его фоне деталь подвергается окислению, а жидкий активный компонент восстанавливается. Такие процессы могут возникать в точках контакта между сплавами, у которых разный электродный заряд. Если же на таких участках присутствуют солевые или кислотные растворы, то формируется гальваническая пара, в которой функцию анода выполняет элемент с низким электродным зарядом. Соответственно, высокий потенциал делает металл катодом.
Важно отметить, что и старение, и коррозия металла могут происходить даже без сильных стимуляторов. Для электрохимического ржавления достаточно минимального воздействия кислотной среды, которая может присутствовать и в закрытых помещениях. Но чаще всего таким процессам подвергается элементная база автомобилей. Причиной возникновения электрохимической коррозии в таких ситуациях может стать засор карбюраторных жиклеров, залегание топливных клапанов, нарушения в проводке пар электрооборудования и т. д.
Меры борьбы с коррозией
Большинство средств защиты представляют собой внешние покрытия, с которых и начинается разрушение структуры. Для этого могут применяться специальные напыления, лакокрасочные покрытия, порошки, эмали и лаковые составы. Эффективный барьер от коррозийного поражения формируется и методами предварительного цинкования перед вводом конструкции или детали в эксплуатацию.
Более серьезная подготовка предполагает и легирование. Подобная модификация структуры, в частности, может изменить и темпы старения металла, причем как в сторону повышения, так и к понижению. Существуют и специальные высокотехнологичные методы, применяемые на производствах и в промышленности. К таким можно отнести фаолитирование, деаэрацию и газотермическую обработку.
Заключение
Перечисленные процессы разрушения и изменения структуры металлов являются лишь частью тех явлений, которые могут оказывать влияние на характеристики материала. Особое место среди них занимает и эффект усталости. Это процесс, при котором постепенно накапливаемые повреждения обуславливают рост напряжения в структуре, что впоследствии приводит к утрате эксплуатационных свойств. Но в отличие от старения металла его усталость почти всегда обуславливается внешними физическими воздействиями.
Чтобы ни один из рассмотренных процессов не оказал негативного влияния на конструкционную стойкость изделия, следует изначально оценить его подверженность влиянию тех или иных факторов. Для этого технологи вырабатывают специальные методы контроля заготовок, указывая для проектных материалов их слабые и сильные технико-физические качества.
Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика (9 стр.)
Исходя из этой формулы устанавливаем, что поперечное сечение однопроходного или многопроходного шва (валика), выполненного дуговой сваркой, будет находиться в прямой зависимости от ее погонной энергии.
Контрольные вопросы:
1. По какой формуле можно определить эффективную тепловую мощность?
2. Что характеризует коэффициент в формуле тепловой мощности сварочной дуги?
3. Что вы знаете об эффективном КПД нагрева изделия?
4. При каком виде сварки наиболее рационально используется теплота, выделяемая в дуге?
5. Какая температура нагрева электрода является оптимальной для формирования качественного сварного шва?
6. Что такое погонная энергия сварки и на что она влияет?
7. Формирование и кристаллизация металла шва, строение зоны термического влияния
Толщина кристаллизационных слоев может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Закристаллизовавшийся металл однопроходного шва имеет столбчатое строение, это обусловлено тем, что в направлении отвода теплоты (перпендикулярно границе плавления) кристаллиты растут быстрее, чем в других направлениях. Наибольшая толщина кристаллизационных слоев наблюдается в металле шва при электрошлаковой сварке. Ось каждого кристаллита обычно не прямая, она несколько изогнута в направлении вершины шва (рис. 17).
Рис. 17. Направление столбчатых кристаллитов в швах, выполненных электрошлаковой сваркой: а – разрез вдоль шва; б – разрез поперек шва
При сварке под флюсом уменьшается скорость охлаждения шва, это создает благоприятные условия для удаления газов из металла шва и всплывания шлаковых включений, но размер кристаллитов резко увеличивается, что ухудшает прочностные свойства металла шва. Чтобы избежать ухудшения свойств, необходимо измельчить структуру шва. Для этого в жидкий металл вводятся добавки (модификаторы) – алюминий, титан или ванадий. В процессе кристаллизации металла шва возникает неравномерное распределение составляющих сплава. Это в металловедении называют ликвацией.
Ликвация – это прежде всего неоднородность по химическому составу. Ликвация зональная характеризуется различием химического состава периферийной зоны и центральной части металла шва.
Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация характеризуется неоднородностью химического состава отдельных кристаллов. Центральная часть дендритов состоит, как правило, из чистого твердого раствора, а граница между дендритами наиболее загрязнена вредными примесями, поэтому разрушение металла шва чаще всего происходит по границам зерен. Чтобы избежать вредного влияния ликвации (особенно при сварке легированных сталей) необходимо производить термическую обработку для выравнивания химического состава металла. На свойства сварного соединения наряду с химическим составом металла шва значительное влияние оказывает и структура металла шва, а также структура зоны термического влияния околошовной зоны. В процессе сварки нагревается основной металл и в нем происходят структурные изменения под воздействием высоких температур.
Область нагрева называют зоной термического влияния. В дальнейшем применяется сокращенное название ЗТВ. Температура, до которой нагреваются отдельные участки ЗТВ, изменяется от температуры плавления до окружающей температуры. Рассмотрим структуры ЗТВ для сталей, наиболее распространенных при сварке конструкций (до 0,20 % углерода) (рис. 18).
Рис. 18. Схема изменения структур околошовной зоны однопроходного шва:
а – температурные границы участков околошовной зоны; б – часть диаграммы состояния сплавов Fe-C
В зависимости от температуры нагрева, структурных и физико-механических изменений в ЗТВ различают следующие участки: 1) неполного расплавления; 2) перегрева; 3) нормализации; 4) неполной перекристаллизации; 5) рекристаллизации; 6) синеломкости.
Участок неполного расплавления является переходным от наплавленного металла к основному, его часто называют переходной зоной. В процессе сварки этот участок находится в твердожидком состоянии, и поэтому переходная зона отличается по химическому составу как от основного, так и от наплавленного металла. Свойства этого участка оказывают в большинстве случаев решающее влияние на работоспособность сварной конструкции.
Участок перегрева определяется температурными границами: от температуры участка неполного расплавления до температуры около 1100 °С. В некоторых случаях при ручной сварке в зоне перегрева сталей с повышенным содержанием углерода образуется крупнозернистая структура, которая заметно снижает пластичность металла и увеличивает его хрупкость.
Ударная вязкость снижается на 25 % и более.
Участок нормализации охватывает металл, нагреваемый в процессе сварки от температуры несколько выше линии критических превращений до температуры ниже 1000 °С. На этом участке происходит образование мелкозернистой вторичной структуры. Механические свойства металла на участке нормализации обычно выше свойств основного металла в его исходном состоянии.
Участок неполной перекристаллизации для низкоуглеродистой стали определяется температурным диапазоном от 725 до 850 °С. Металл на этом участке подвергается только частичной перекристаллизации. Наряду с зернами, образовавшимися в результате перекристаллизации, присутствуют зерна исходного металла.
Участок рекристаллизации наблюдается при сварке стали, подвергшейся пластической деформации (прокат). На этом участке в интервале температур 450-700 °С наблюдается некоторое измельчение зерен, что не изменяет механических свойств ЗТВ металла.
Участок синеломкости охватывает температурный диапазон от 200 до 400 °С. На этом участке наблюдаются синие цвета побежалости на поверхности металла. При сварке низкоуглеродистых сталей на участке наблюдается резкое падение ударной вязкости из-за снижения пластичности. Это происходит в тех случаях, когда в сталях содержится кислород, азот и водород в несколько избыточном количестве.
Размеры отдельных участков ЗТВ и общая ширина ее зависят от условий нагрева, охлаждения и способов сварки.
1. Расскажите о формировании и структуре шва в момент перехода металла из жидкого состояния в твердое.
2. Чем вызвано направление роста кристаллов в процессе охлаждения?
3. Каково влияние скорости охлаждения на структуру шва?
4. Каково влияние химического состава на структуру шва?
5. Что такое зона термического влияния и ее основные участки?
6. Дайте краткую характеристику участков зоны термического влияния.
8. Старение и коррозия металла сварных соединений
Старением металла называют процесс изменения структуры и, как следствие, механических свойств металла со временем. Он проявляется в повышении твердости и хрупкости металла. Если процесс старения происходит при комнатной температуре, то он называется естественным старением. Если процесс старения происходит при нагреве до заданной температуры с последующим охлаждением – искусственным старением.
Искусственному старению подвергают в основном сплавы титана и алюминия для повышения прочности этих сплавов. Повышение прочности при искусственном старении оценивается при испытании на ударную вязкость металла шва.
Коррозией называется процесс физико-химического разрушения металла под влиянием внешней среды.
Коррозионная стойкость сварных соединений в различных средах и при различных температурах имеет большое значение, так как сварные швы и соединения часто работают в средах, способных вызвать разрушающую коррозию, таких как атмосферная влага, морская вода, растворы кислот и щелочей; совместное действие этих факторов.
По характеру процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия есть процесс окисления металла при непосредственном воздействии окружающей среды без присутствия электрического тока. Окисление железа и его сплавов происходит на воздухе, в дистиллированной воде, в концентрированных агрессивных средах и т. д.
Электрохимическая коррозия характеризуется тем, что она протекает в электролитах (растворах солей, кислот, щелочей) и сопровождается появлением электрического тока.
Старение, коррозия и усталость металлов
Под старением понимается самопроизвольное необратимое изменение свойств и (или) состояния материала, обусловленное структурными превращениями в результате химических и физических процессов, развивающихся в нем при эксплуатации и хранении.
Старению подвержены многие материалы, в первую очередь полимерные и резино-технические материалы, доля которых в конструкции современных машин постоянно возрастает. При старении происходит изменение физико-механических свойств материала (повышение хрупкости, снижение эластичности и износостойкости), искажение геометрических параметров деталей (формы, размеров, положения осей отверстий относительно базовых поверхностей). Причинами старения являются свет, теплота, кислород, озон и другие немеханические факторы; менее существенно на старение влияет влага. Процессы старения ускоряются под действием механических напряжений. Различают старение тепловое, световое, озонное и атмосферное.
Процессы старения всегда связаны со временем. В связи с этим для решения задач ремонта необходимо знать законы старения, устанавливающие зависимость процессов старения от времени. Использование этих закономерностей позволяет прогнозировать потерю работоспособности машин и их составных частей.
Коррозия – это поверхностное разрушение металла вследствие его окисления. Процесс разрушения при коррозии протекает самопроизвольно в результате химического и электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой. Поэтому коррозионному разрушению подвергаются как работающие машины, так и неработающие, причем последние в большей степени. Все конструкционные металлы и сплавы подвержены коррозии особенно стали и чугуны.
По виду коррозионного процесса различают химическую, электрохимическую и смешанную коррозию.
Химическая коррозия возникает от взаимодействия металла с газами, растворами кислот, щелочей и солей, которые всегда присутствуют в окружающей среде (влага, углекислый газ, кислород и др.). В результате такого взаимодействия на поверхности стальных деталей образуется рыхлый, хрупкий слой оксидов железа (ржавчина), который значительно снижает долговечность деталей.
Электрохимической коррозией называют процесс самопроизвольного взаимодействия металла с жидкостью-электролитом, в ходе которого последовательно протекает окисление металла и восстановление окислительного компонента, при этом окислительный компонент не входит в состав продукта коррозия. Этот процесс возникает в местах контакта двух разнородных металлов или фаз сплава, обладающих различным электродным потенциалом. При наличии в месте такого контакта растворов солей и кислот (электролита) образуется гальваническая пара, где анодом является электрод и более низким электродным потенциалом, а катодом – с более высоким. В гальванической паре возникает процесс перехода ионов анода в раствор электролита, который продолжается до полного растворения анода. Слой электролита при этом может быть весьма незначительным, – достаточно небольшой конденсации влаги из воздуха на поверхности металла. Поэтому электрохимическая коррозия наблюдается и в закрытых помещениях. До 50 % отказов машин являются следствием коррозии из-за нарушения правил хранения (залегание клапанов топливных насосов, засорение жиклеров карбюраторов, отказы контактных пар электроприборов, заклинивание поршней тормозных цилиндров и др.).
Усталостью материала называется процесс постепенного накопления повреждений материала под воздействием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению.
Усталостное разрушение деталей происходит при напряжениях, значительно меньших, чем в случае однократного нагружения. Процесс усталостного разрушения можно разделить на три периода. Пе
Рис. 1.5 – Усталостное разрушение металла
1 – очаг разрушения; 2 – зона стабильного развития трещины; 3 – зона долома; 4 – усталостные бороздки
риод зарождения очага разрушения (микротрещин), период стабильного развития трещины, период окончательного разрушения. Характерный вид усталостного разрушения показан на рисунке 1.2.
На рисунке явно выражены: очаг разрушения 1 – место зарождения микротрещины, зона стабильного развития трещины 2 и зона развития трещины при окончательном разрушении 3. Очаг разрушения обычно расположен вблизи поверхности в местах наибольшей концентрации напряжений. Поверхность как наиболее нагруженная часть сечения претерпевает микродеформацию (подвергается наклепу), а затем в наклепанной зоне образуются подповерхностные микротрещины, которые развиваются, продвигаясь в глубь металла и образуют усталостную трещину (очаг разрушения). Зарождению очага разрушения способствуют наличие различного рода дефектов поверхности и коррозия.
Первоначально скорость роста трещины невелика. Рост трещины продолжается до тех пор, пока сечение не становится столь малым, что действующие в нем напряжения превысят разрушающие. Тогда происходит быстрое разрушение. Время с момента зарождения первой микроскопической трещины усталости размером 0,5-1,0 мм до окончательного разрушения характеризует живучесть конструкции и имеет особое значение для надежности изделий, безаварийная работа которых поддерживается путем периодического контроля различными физическими методами для выявления усталостных трещин (пружины, рессоры, торсионные и коленчатые валы, поворотные цапфы, полуоси и др.). Чем меньше скорость развития трещины, тем легче ее обнаружить.
Читайте также: