ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние водорода в стали на ее механические свойства из "Прочность стали в коррозионной среде" Многие детали машин еще до начала их эксплуатации подвергаются коррозионному поражению, которое изменяет прочность и выносливость стали как в воздухе, так и в других рабочих средах. Это влияние на прочность и выносливость металла будет зависеть от вида и интенсивности предварительного коррозионного поражения, причем влияние оказывают поражения металла, связанные с анодными процессами, тогда как наводороживание металла, связанное с катодным процессом, не оказывает практически ощутимого воздействия на прочность и выносливость стали. Последнее объясняется тем, что время от окончания коррозионного процесса до начала нагружения почти всегда оказывается достаточным для десорбции водорода из решетки металла, а появление водородных пузырей и трещин при коррозии без нагрузки в большинстве коррозионных сред не наблюдается. [c.63] Согласно Н. Д. Томашеву П51], коррозионные поражения принято подразделять на поражения от сплошной коррозии и поражения от местной коррозии. В первом случае коррозионное поражение захватывает всю поверхность металла, во втором — только отдельные ее участки. Сплошная коррозия может быть равномерной или неравномерной (см. фиг. 24, а и б). [c.63] Все типы коррозионных поражений, за исключением 6 и 7-го случаев, происходят как на напряженном, так и на ненапряженном металле коррозионное растрескивание происходит при обязательном условии действия напряжений, возникших от внешних нагрузок или остаточных напряжений, поражение трещинами коррозионной усталости—-в случае действия повторно-переменных напряжений. [c.64] Из всех видов и типов предварительного коррозионного поражения металла наибольшее влияние на прочность и выносливость стали оказывают коррозионное растрескивание, ножевая коррозия и межкристаллитная коррозия — в этих случаях детали машин, аппаратов и сооружений могут полностью потерять свою несущую способность, и разрушение происходит от незначительной нагрузки. Это объясняется действием коррозионного поражения, в лучшем случае как острого концентратора напряжения, в худшем — как причины, вызвавшей потерю сплошности в металле. [c.64] Здесь мы рассматриваем влияние коррозионного поражения стали, не приведшее к потере сплошности металла, так как в последнем случае уже говорить ни о какой прочности не приходится. Рассмотрению подлежат случаи коррозионного поражения поверхности металла, т. е. относительно небольшого его объема. [c.65] Равномерная коррозия, поражающая только тонкий поверхностный слой металла, практически не оказывает влияния на механические свойства стали, хотя и известно, что оксидные пленки, плотно соединенные с металлом, препятствуют выходу дислокаций на поверхность и вызывают их скопление в приповерхностном слое, чем повышают прочность и снижают пластичность металла подобно поверхностному наклепу. [c.65] Влияние коррозионных поражений поверхности металла на механические свойства сталг сзк мы уже говорили, часто аналогичны влиянию концентраторов напряжения. Однако это влияние имеет особенность, заключающуюся в массовости этих концентраторов — коррозионных поражений, в их неправильной форме, которая не дает возможности для каких-либо аналитических подсчетов влияния таких концентраторов. [c.65] Аналогично тому, как это делается при рассмотрении влияния концентраторов напряжений на механические свойства материалов, при коррозионном поражении металла необходимо рассматривать прочностную, деформационную и энергетическую чувствительности металла к коррозионным поражениям. Таким образом, необходимо знать характеристики прочности (а , и 5 ), характеристики пластичности ( 10, ф) и ударную вязкость (а ) металла, пораженного коррозией. Хорошей характеристикой является также технологическая проба на перегиб и закручивание, очень чувствительная к изменению пластичности материала. [c.65] Коррозионные поражения типа концентраторов напряжений, например трещины, вызывают неравномерность напряженного и деформированного состояния металла и могут вызвать объемность напряженного состояния. Эти поражения локализируют пластическую деформацию в небольшом объеме металла, причем эта локализация тем выше, чем острее коррозионное поражение (например, коррозионная трещина) и чем меньше плотность этих поражений на единицу поверхности металла. Последнее объясняется тем, что всякое коррозионное поражение типа трещины, повышая напряжение вблизи вершины трещины, одновременно снижает напряжение в соседних участках. Таким образом, соседние коррозионные трещины уменьшают концентрацию напряжений друг у друга и этот Э( зфект тем сильнее, чем больше плотность трещин на единицу поверхности. [c.65] Не повлияла также на механические характеристики стали 45, нормализованном и закаленном на сорбит состоянии, коррозия, возникшая в результате пребывания в вышеуказанных средах в течение месяца под постоянным напряжением растяжения, равном 0,95 а . Предварительная коррозия в этом случае была также сплошной и равномерной, а 0 , о , и ф такие же, как у образцов, не имевших коррозии [57, 148]. [c.66] Аналогичные результаты были получены В. С. Андреевым [4], который исследовал влияние предварительной коррозии на механические характеристики стали 40 и стали 20ХН после их пребывания в свежей пластовой воде из скважин 31 Сызранского нефтепромысла (удельный вес 1,0819 реакция нейтральная, НгЗ = 0,02% С1 = = 0,642% 507 = 0,001% НСО = 0,0378% Са++ = 0,608% Mg+- = 0,255% (К+ + Ма+) = 4,3%), в водопроводной воде (жесткостью 60—65 немецких градусов ) и в старой пластовой воде, не содержащей сероводорода. [c.66] Результаты механических испытаний после предварительной коррозии в свежей пластовой воде при статической нагрузке приводятся в табл. 3. Как видно из таблицы, изменения предела текучести и предела прочности под влиянием предварительной сплошной и равномерной коррозии находятся в пределах точности измерения. Автор исследования указывает, что характеристики пластичности также не изменились. [c.66] Приведенные опыты показывают, что предварительная сплошная равномерная коррозия практически не влияет на механические характеристики стали, полученные при статических испытаниях. [c.66] Местная коррозия может привести к изменению механических характеристик закаленных и низкоотпущенных сталей и к некоторому уменьшению их у мягких сталей. [c.67] Если искусственно сосредоточить коррозию в одном месте испытуемого образца из нормализованной стали 45, например путем изоляции от действия коррозионной среды всего цилиндрического образца, кроме узкой кольцевой полоски (фиг. 25), то после 90 дней пребывания в 3%-ном водном растворе ЫаС1 начинает наблюдаться снижение показателей пластичности и ударной вязкости (Зщ снизилось на 30%, а к—на 46%), причем разрушение образцов происходит по прокорродировавшей полоске. Сосредоточенная предварительная коррозия по кольцевой полоске низкоотпущенной стали 40Х вызвала хрупкое разрушение, аналогичное разрушению при наличии концентратора напряжения. [c.67] Принято считать, что предварительное коррозионное поражение металла, приводящее к образованию трещин, наиболее сильно влияет на механические характеристики металла. [c.67] Для уточнения этого вопроса нами были проведены механические испытания стальных образцов после их циклического нагружения в коррозионных средах (изгиб при вращении, симметричный цикл) при напряжениях, меньших или равных пределу усталости при данной базе испытаний. Механические испытания проводились на 50-тонной универсальной разрывной машине Шопера при скорости деформации 10 мм/мин. В табл. 5 приведены данные этих испытаний для стали 20Х перлито-ферритной структуры, а в табл. 6 —те же данные, полученные для 40Х сорбитной структуры. В таблицах указаны числа циклов и время пребывания образца в данной среде при данном напряжении а где а , — предел выносливости для данной среды при базе N = 20 10 циклов нагружений. [c.69] При рассмотрении данных, приведенных в табл. 5 и 6, видно, что процессы усталости, протекающие в воздухе при напряжениях, равных или меньших предела выносливости, не повлияли на механические характеристики стали. Коррозионноусталостные процессы в этих же условиях также практически не повлияли на предел прочности и предел текучести, однако такая характеристика пластичности металла, как относительное сужение ф, сильно уменьшилась. Характерно, что усиление адсорбционных качеств коррозионной среды путем добавки к воде поверхностно-активного сапонина, не пассивирующего ультрамикротрещин, как изоамиловый спирт 45], привело к увеличению снижения характеристики пластичности стали. В этом случае пластичность снизилась почти вдвое. [c.69] Изменение пластичности под влиянием коррозионно-усталостного процесса наглядно иллюстрирует фотография разорванных образцов (фиг. 26) после их циклического нагружения в различных средах. [c.69] Вернуться к основной статье