Циклическая водородная усталость

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ВОДОРОДНАЯ УСТАЛОСТЬ [c.157]

При одновременном воздействии водорода, проникающего в металл из водородсодержащей среды, и повторно-переменных циклических нагрузок сталь подвергается циклической водородной усталости. Циклическая водородная усталость (как и статическая) имеет много общего с коррозионной усталостью при циклических нагрузках оба эти вида усталости часто трудно различимы, иногда водородная усталость сопутствует коррозионной усталости. [c.157]

При испытании циклической прочности стали в двух природных водах, одна из которых содержала некоторое количество H2S, было установлено сильное понижение долговечности при уменьшении частоты циклов с 1750 до 36 Гц, причем большее понижение долговечности наблюдалось в сероводородной воде. В последнем случае, очевидно, речь идет о циклической водородной усталости и уменьшение частоты циклов приводит к увеличению времени пребывания образца в наводороживающей среде. [c.161]

Отсутствие достаточных данных по циклической водородной усталости привело, в частности, к тому, что в книге В. В. Романова [440], посвященной влиянию коррозионной среды на циклическую прочность металлов, совершенно не рассматривается циклическая водородная усталость как самостоятельный механизм разрушения металла в этих условиях. [c.166]

Значительное ухудшение механических свойств в результате наводороживания приводит к возникновению так называемой водородной хрупкости стали (см. также часть вторую настоящей книги). При кратковременном действии статической нагрузки, водородная хрупкость проявляется в снижении показателей пластичности металла и сопротивления разрыву. При длительном действии статической нагрузки у наводороженного металла отмечается снижение длительной прочности и замедленное разрушение (статическая водородная усталость), а в случае действия циклической на-грузни — снижение выносливости стали (циклическая водородная усталость) [29]. Кроме того, при возникновении огромных давлений газообразного водорода во внутренних полостях металла наводороживание может вызвать разрушение стали и при отсутствии внешней нагрузки. [c.47]

Более существенное значение имеет катодная поляризация внутренней поверхности трубы, плотность тока которой, как следует из уравнения (338) и рис. 94, в узкой области, прилегающей к месту подключения катодной станции (или электродренажа), может достигать значительных величин и вследствие этого вызывать наводороживание металла с потерей им пластичности (охрупчивание). Опасность преждевременных разрушений тина водородного растрескивания усугубляется при наличии в транспортируемой среде растворенного сероводорода (что типично для сред нефтегазовой промышленности). Наличие в металле циклически изменяющихся напряжений, способно вызвать водородную усталость металла. [c.216]

В кислых средах, где коррозия протекает с водородной деполяризацией, наблюдается водородная усталость, особенно сильно проявляющаяся при высоких амплитудах циклических напряжений. [c.77]

Нагружение повторно-переменными циклическими нагрузками при одновременном действии рабочей среды может вызвать явления адсорбционной, коррозионной либо водородной усталости металла. Адсорбционная усталость наблюдается при циклическом нагружении стали в поверхностно-активных средах, коррозионная — в коррозионно-агрессивных и водородная — в средах, вызывающих насыщение металла водородом. [c.45]

УСТАЛОСТЬ СТАЛИ ОТ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ЦИКЛИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ. АДСОРБЦИОННАЯ, КОРРОЗИОННАЯ И ВОДОРОДНАЯ УСТАЛОСТЬ СТАЛИ [c.46]

При одновременном длительном действии на сталь статических или циклических напряжений и коррозионно-активных сред ее выносливость значительно уменьшается. Это явление получило название коррозионной усталости стали. Как показали наши исследования, это явление сложное, включающее в себя явление адсорбционной и водородной усталости. [c.46]

Водородная усталость стали при циклически изменяющихся напряжениях может наблюдаться в чистом виде при катодной защите стальных объектов, подверженных циклическим напряжениям в коррозионных средах. Катодная защита устраняет частично или полностью анодные процессы на защищенном объекте, т. е. коррозионное разъедание и растворение металла, но не устраняет, а наоборот усиливает такие катодные процессы, как вьщеление ионов водорода на металле. Последнее приводит к наводороживанию металла, что вызывает появление водородной хрупкости, характеризующейся снижением пластичности и сопротивления отрыву. Проявление водородной хрупкости при циклическом нагружении металла и является, в сущности говоря, водородной усталостью. [c.58]

Водородная усталость проявляется при условии, что концентрация водорода в металле на всем протяжении циклического нагружения не падает ниже некоторого минимального уровня. Если же десорбция водорода из металла происходит быстрее, чем развитие усталостного процесса, водородная усталость не проявляется, что на- блюдается при длительной эксплуатации некоторых предварительно наводороженных деталей при сравнительно небольших амплитудах циклических напряжений. [c.58]

Как видно из диаграммы, во всех случаях катодной защиты наблюдается снижение кривых усталости со временем, т. е. при водородной усталости, так же как и при коррозионной усталости металла, нет истинного предела выносливости напряжения, при котором с увеличением времени или числа нагружений не наблюдалось бы разрушение. Таким образом, при водородной усталости существует лишь условный предел выносливости, равный циклическому напряжению, при котором не разрушается металл. при заданных числе циклов нагружений или времени. [c.61]

Изучение водородной усталости позволяет сделать практические выводы в отношении методики исследований усталости металлов и расчета деталей, работающих в условиях катодной защиты при циклической нагрузке. При расчете на прочность указанных деталей необходимо учитывать эффект водородной усталости при получении кривой водородной усталости в лабораторных условиях необходимо точно воспроизводить условия обмена электролита, которые были в натуре. [c.62]

Водород в стали меняет ее механические свойства при кратковременном и длительном статическом нагружении, а также при повторно-переменном и ударном нагружении. Под влиянием водорода в стали значительно снижаются ее пластические свойства при кратковременном нагружении. Это явление названо водородной хрупкостью стали. Твердость наводороженной стали повышается. Наводороженная сталь подвержена замедленному разрушению, т. е. разрушению при длительном действии статических сил при напряжениях, обычно меньших предела текучести. Это явление было названо нами водородной статической усталостью стали. При повторно-переменных (циклических) напряжениях водород в стали снижает ее выносливость, что было названо нами водородной усталостью стали (см. П1-2). Водород в стали повышает ее чувствительность к концентраторам напряжения при действии повторно-переменных напряжений. Ударная прочность наводороженной стали снижается. Под влиянием водорода в стали могут образовываться дефекты типа пузырей, а также расслаивание (у проката) и растрескивание металла. [c.75]

Характеристика водородной усталости стали при циклическом нагружении дана в главе III разделе 2. До последнего времени ясного 94 [c.94]

В разделе III и во введении были описаны опыты, ярко иллюстрирующие проявление водородной усталости при катодной защите циклически нагружаемого стального образца при условии хорошего перемешивания электролита. Эти опыты, а также описанные опыты [c.98]

При более низких амплитудах напряжения, когда время до разрушения циклически нагруженного образца значительно, успевают проявиться не только наводороживание и адсорбционные факторы снижения выносливости, но и коррозионные (анодные), что подтверждается появлением продуктов коррозии в трещинах усталости и окнс-ленностью излома. При снижении циклических напряжений микро-пластические деформации менее интенсивны, поэтому даже в случае коррозии с водородной деполяризацией явление водородной усталости протекает слабее, зато усиливаются коррозионные (анодные) яв-лй я, так как увеличивается время до разруше ния. [c.174]

Электрохимические методы защиты стали, например- при помощи цинковых протекторов, или покрытия стали цинком, а также катодная защита от внешнего источника тока дают хорошие результаты при отсутствии напряжений. При действии же статических или циклических напряжений катодная защита за счет внешнего источника тока Может применяться только после установления оптимального значения плотности тока, так как повышение плотности тока выше определенного предела (как это видно из диаграммы на фиг. 21, точка 5) может вызвать водородную усталость стали. Поляризация при плотности катодного тока, меньшей оптимальной, не подавив полностью работы коррозионных пар, также не дает желаемого эффекта защиты. Характерно, что значение оптимальной плотности тока при защите стали, находящейся под напряжением, должно быть в десятки и даже в сотни раз выше, чем при защите ненапряженного металла. Однако даже в случае правильного подбора плотности защитного тока, как это говорилось выше (см. VII—2), катодная защита так же, как и защита протекторами или анодными покрытиями, не может полностью восстановить усталостной прочности стали в коррозионных средах до ее значений в воздухе. [c.179]

При воздействии агрессивной среды на циклически деформируемую сталь снижение усталостной прочности может явиться следствием трех причин адсорбционного воздействия среды, анодного и катодного процессов [425]. При работе детали в кислой среде, вызывающей коррозию с водородной деполяризацией, доминирует катодный процесс, приводящий к абсорбции водорода сталью и возникновению водородной усталости. При работе детали в растворе электролита с pH 7 в отсутствии катодной поляризации от внешнего источника тока превалирует анодный процесс, приводящий к проявлению коррозионной усталости. [c.157]

Значительно более опасна по своим последствиям форма водородного разрушения, проявляющаяся в растрескивании стали вследствие возникающего в результате наводороживания серьезного ухудшения механических свойств металла. Сюда относится и разрушение вследствие водородной усталости (под действие. циклической нагрузки). Для водородного растрескивания достаточно сравнительно небольших содержаний водорода в стали. [c.32]

В книге также рассматривается влияние на механические свойства как анодных, так и катодных процессов, возникающих при действии электрохимической коррозии. Приводятся новые данные о водородной хрупкости стали, вызванной коррозионной средой, и коррозионной усталости при длительном действии статического или циклического нагружения. [c.2]

При коррозионной усталости разрушение (появление трещин усталости) может происходить или на анодных, или на катодных участках стали. На анодных участках образование трещин усталости происходит в случае коррозионного поражения (анодного растворения) металла, при котором образуются концентраторы напряжения. На катодных участках разрушение начинается при коррозии с водородной деполяризацией, когда происходит наводороживание этих мест в стали и их охрупчивание (появление водородной хрупкости). Как показали наши исследования [56] в кислых коррозионных средах, разрушение по катодным участкам наблюдается при высоких амплитудах циклического напряжения. [c.58]

В отличие от металлизации электролитический способ позволяет наносить тонкие металлические покрытия с высокими защитными свойствами. При выборе вида покрытия, состава электролита и режима электролиза необходимо в первую очередь учитывать возможность водородного растрескивания высокопрочных сталей в процессе нанесения, защитные свойства покрытия и его влияние на статическую и циклическую усталость стали. [c.240]

Возможно, что циклическая водородная усталость также сопровождается адсорбционно-усталостными явлениями, особенно в средах, содержащих полярные органические кислоты, однако этот вопрос еще сов.ершенно не исследован экспериментально. Р. И. Крипякевич, Ю. И. Бабей и Г. В. Карпенко [425] провели специальные эксперименты, направленные на выяснение роли катодной и анодной поляризации стального образца в-соотношении между его коррозионной и водородной усталостью. Исследование условий перехода от разрушения образца по механизму коррозионной усталости к проявлению водородной усталости представляет как теоретический интерес (изучение процесса усталостного разрушения металла), так и большое практическое значение (определение оптимальных условий катодной защиты стали). [c.158]

Циклическая водородная усталость является причиной разрушения многих деталей, испытывающих знакопеременные нагрузки при одновременном воздействии агрессивной наводороживающей среды. По механизму водородной усталости разру- [c.165]

Рис. 6.42. Циклическая водородная усталость стали 30ХН2МФА после электроосаждения кадмия из цианистого электролита иа

Из всех перечисленных видов водородной хрупкости для объяснения механизмов охрупчивания сталей в Н25-содержащих средах наибольший интерес представляют три вида хрупкости, а именно, шестой, седьмой и восьмой, при этом считается, что хрупкость шестого вида развивается при концентрациях водорода меньших тех, которые необходимы для проявления водородной хрупкости первого рода. Этот вид хрупкости связывают с такими его проявлениями как статическая водородная усталость, циклическая водородная усталость, замедленное разрушение. В работах [23, 24] предлагается объединить все известные гипотезы этого вида хрупкости в четыре группы, критический анализ каждой из которых дан в работе [25]. Согласно В.А.Маричеву, эти четыре гипотезы могут быть сформулированы следующим образом [c.34]

В зависимости от свойств и термодинамического состояния системы деформируемый металл — среда снижение сопротивления усталостному разрушению металла может быть следствием проявления адсорбционного эффекта, электрохимического растворения анодных участков или охрупчивания металла вследствие наводороживания. Чаще указанные факторы действуют на металл комплексно и их трудно разделить. Однако, если превалирующее действие оказывает адсорбционный фактор, то процесс разрушения металла при одновременном действии на него циклических напряжений и рабочей среды принято называть адсорбционной усталостью, еспм снижение сопротивления усталости связано с наводоро-живанием металла — водородной усталостью, а если проявляется чисто электрохимический фактор — коррозионной усталостью. Обычно под коррозионной /сталостью подразумевают процесс усталостного разрушения металла в присутствии коррозионной среды вообще. [c.15]

Это снижение предела выносливости при оптимальных условиях катодной защиты объясняется явлениями водородной и адсорбционной усталости при циклически меняющихся напряжениях. При значениях плотности тока, меньщих оптимальных, явления адсорбицонной и водородной усталости сопровождаются явлением коррозионной усталости, вызванной анодными процессами. [c.61]

В. А. Титова и В. Т. Степуренко позволяют считать установленной водородную усталость стали при ее циклическом нагружении. [c.98]

Таким образом, коррозионно-усталостное разрушение во многих средах может происходить принципиально отличнылш путями в зависимости от величины амплитуды напряжений. При больших амплитудах напряжения в кислых средах или при некоторых видах заш,иты (например, при катодной защите) решающим для прочности является возникновение водородной усталости стали. При меньших амплитудах напряжения, когда коррозионные процессы на анодных участках успевают развиться, а также в коррозионных средах,в которых невозможно наводороживание, трещины усталости растут вследствие действия циклических и коррозионных напряжений, а также напряжений от адсорбционного расклинивания, в сумме больших предела циклической текучести. Если же сумма перечисленных напряжений меньше предела циклической текучести, трещины усталости развиваются под влиянием анодного процесса, разрушающего металл в этом случае интенсификации процесса способствуют циклические напряжения, вызывающие снижение электродного потенциала в местах их концентрации, а также разрушающие окисную пленку, которая затрудняет коррозию. [c.175]

Как было показано (П1—2), в зависимости от характера действующего напряжения на сталь, находящуюся в коррозионной среде, наблюдается явление статической или циклической коррозионной усталости. Далее, мы неоднократно обращали внимание на влияние величины на1пряжения, например на стр. 55 было показано, что изменение величины напряжения изменяет проявление адсорбционного воздействия среды на прочьюсть —при высоких напряжениях возможно упрочняющее, а при низших разупрочняющее действие поверхностно-активных компонентов среды. Электрохимическое воздействие на прочность стали, например, в кислых средах также зависит от величины напряжения (см. VII). При высоких напряжениях основное значение приобретают катодные процессы, приводящие к быстрому разрушению из-за появления водородной усталости, при низких напряжениях — анодные процессы, приводящие к медленному разрушению от избирательной коррозии. [c.177]

Во всех случаях катодной поляризации происходит снижение предела выносливости с увеличением времени испытания, следовательно, при водородной усталости, как и при коррозионной усталости металла, нет истинного предела выносливости — напряжения, при котором не наблюдается разрушения при сколь угодно длительном испытании, т. е. сколь угодно большом числе циклов. При водородной усталости существует лишь условный лредел выносливости, равный циклическому напряжению, при котором металл при заданном числе циклов нагружений не разрушается [425]. [c.158]

На рис. 6.7 приведены кривые, полученные при испытаниях на циклическую выносливость плоских шлифованных образцов из стали ЗОХГСА (Янс=45), подвергнутых хромированию в стандартном электролите с добавкой ванилина или хинальдина. Как видно из рисунка, в присутствии добавок усталостные характеристики стали понижаются в результате хромирования в. меньшей степени. Как и при испытаниях на пластичность, ванилин в этом случае оказался более эффективным ингибитором, чем хинальдин. Испытания на статическую водородную усталость показывают, что и этот вид водородного охрупчивания проявляется в меньшей степени при добавлении в электролит хромирования ингибиторов наводороживания. На рис. 6.8 показано действие полиэтиленгликоля МВ2000, который предотвращал разрушение образца из стали ЗОХГСА (Яяс=45), статически нагруженной на [c.277]

Значительное ухудшение механических свойств в результате наводороживания приводит к возникновению так называемой водородной хрупкости стали. Разрушение при этом происходит под действием напряжений, которые могут иметь как статический, так и циклический характер (в последнем случае наступает водородная усталость). Величины указанных разрушающих напряжений значительно меньше соответствующих характеристик разрывной и усталостной прочности ненаводороженной стали. Кроме того, наводороживание, как указывалось выше, при соответствующем возрастании давления газообразного водорода во внутренних полостях металла может вызвать расслоение (пузырение) стали. Этот вид разрушения может иметь место и при отсутствии внешней нагрузки. [c.21]

Штанги насосов, которые в процессе эксплуатации претерпевают знакопеременные циклические нагрузки, под действием сероводородных сред, подвергаются водородной усталости. Разрушения наблюдались по резьбе и высаженной части [80]. Дефекты изготовления (концентраторы напряжений) облегчали хрупкое разрушение. Установлено наводороживание в пластовой сероводородной воде и в двухфазных смесях этой воды с нефтью. Предел коррозионной усталости в минерализованной воде без НгЗ приближается к величине реальных напряжений в верхнем сечении колонны штанг (70—90 МПа). Уже при содержании 500 мг/л НгЗ и таких напряжениях срок службы ограничивается 0,5—1 млн. циклов для штанг из сталей 20ХН, 15НМ. В сероводородсодержащих средах стойкость к водородной усталости выше для штанг глубинных насосов из стали 20НМ. [c.61]

Я- М. Потак [123] исследовал влияние наводороживания при кислом и цианистом цинковании на усталостную прочность стали ЗОХГСА, обработанной до предела прочности =180 кПмм . Эти опыты показали, что значительное наводороживание стали при цинковании не изменило предела усталости стали, хотя сталь ЗОХГСА весьма чувствительна к водородной хрупкости. В то же время было установлено, что наводороживание стали может существенно понизить число циклов до разрушения при условии действия концентраторов напряжений, малой частоты нагружения и сравнительно высоких напряжений. Испытания на циклическое растяжение плоских образцов из стали типа ЗОХГСА с концентратором напряжения показали снижение (в некоторых случаях вдвое) числа циклов нагружений до разрушения наводороженной стали по сравнению с ненаводороженной. [c.95]

При выводах необходимо сделать оговорку о том, что нащи исследования и исследования Герцога не затрагивали сред с высокой насыщенностью п1елочами. Действительно, в наших испытаниях исследовалась среда с наибольшей концентрацией щелочей— около 4%, что соответствовало 1 н раствору ЫаОН, при котором коррозия отсутствует, потенциал железа по водородной шкале равен -Ь0,1 в. При более высоких концентрациях щелочей водородный потенциал снова становится отрицательным и, например, при концентрации 43% (16 н ЫаОН) он достигает очень активной величины (—0,86 в). В этом случае происходит значительная общая коррозия с образованием легко растворимых соединений (ЫаРеОг) и коррозионное растрескивание стали. Относительно коррозионной усталости при циклическом нагружении в этой среде данные отсутствуют. Выводы, сделанные нами, верны также лишь в том случае, когда сталь имеет свободную (ювенильную) поверхность от окислов, что возможно в некоторых средах, в которых не образуется пассивирующая пленка, или при действии напряжений, которые разрушают эту пленку. [c.112]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология