Коррозионное растрескивание металлов
ачале испытания или на последующих стадиях его.
Характер коррозионных трещин
Коррозионные трещины развиваются в плоскости, перпендикулярной
плоскости растягивающих напряжений, независимо от характера приложенных или
остаточных напряжений. С точки зрения микроструктуры коррозионные трещины
могут иметь как внутрикристаллитный, так и межкристаллитный характер. Можно
предположить, что направление и характер развития трещин в металле до
некоторой степени зависят от формы и размера зерен, поскольку эти факторы
влияют на распределение внутренних напряжений.
Одно из наиболее важных исследований, относящихся к изучению характера
развития трещин, устанавливает, что этот процесс не является непрерывным.
На прерывистый характер развития трещин указано в работах Джильберта и
Хаддена, Эделеану и Фармери. Обнаружено, что в алюминиево-магкиевых сплавах
развитие трещин является ступенчатым процессом, развивающимся путем ряда
отдельных механических изломов. Более новое доказательство прерывистого
характера развития трещин показано в кинофильме, подготовленном Престом,
Беком и Фонтана, занимающимися коррозионным растрескиванием магниевых
сплавов.
Предотвращение коррозионного растрескивания
Наиболее эффективный метод повышения устойчивости металлов против
коррозионного растрескивания состоит в использовании соответствующих
конструктивных мероприятий и способов обработки, сокращающих до минимума
величину остаточных напряжений. Если остаточные напряжения неизбежны,
успешно может быть применена термообработка, снимающая эти напряжения. Если
позволяют условия, может быть использована, например, дробеструйная
обработка, вызывающая сжимающие поверхностные напряжения, которые
впоследствии дают возможность нагружать материал, не вызывая напряженного
состояния поверхности. Одним из методов, который получает все большее
признание и который связан с электрохимическим фактором процесса
растрескивания, является применение катодной защиты.
Одним из интересных методов исследования взаимодействия напряжений и
химических факторов является изучение зависимости величины катодного тока,
необходимого для защиты, от величины механических напряжений.
Кроме того, ряд исследований показывает, что начавшееся растрескивание
может быть остановлено путем применения катодной защиты.
МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ
Для объяснения характерных особенностей процесса коррозионного
растрескивания необходим обобщенный механизм этого явления, который можно
было бы применить для всех металлических систем с учетом всех особенностей
в каждом индивидуальном случае разрушения.
Первые объяснения механизма коррозионного растрескивания связывались
либо с химическим, либо с механическим фактором и были недостаточны, так
как не учитывалось совместное химическое и механическое действие. Большой
вклад в вопрос понимания механизма коррозионного растрескивания внесен
Диксом и соавторами. Их опыты убедительно показали основную
электрохимическую природу коррозионного разрушения, а в обобщенном ими
механизме коррозионного растрескивания указывается на роль механических
факторов в процессе общего разрушения. Согласно этому механизму,
процесс коррозионного растрескивания трактуется следующим образом.
Если в металле происходит развитие местного коррозионного разрушения в
виде очень узких углублений, то вполне очевидно, что растягивающие
напряжения, перпендикулярные к направлению этих углублений, будут
способствовать возникновению концентрации напряжений на дне их, причем чем
больше углубления и меньше радиус дна углублений, тем больше будет
концентрация напряжений. При таком состоянии металла создаются все условия
для разрушения его вдоль этих более или менее протяженных локальных
коррозионных разрушений, и поэтому при достаточной концентрации напряжений
металл может начать разрушаться за счет механического воздействия. В
результате механического разрушения будет обнажаться свежая, незащищенная
окисной пленкой поверхность металла, которая, будучи более анодной,
подвергается интенсивному воздействию коррозионной среды, что приведет к
увеличению тока между дном углублений и неповрежденной поверхностью
металла, а, следовательно, и к ускорению коррозии. Ускорение коррозионного
процесса вызовет дальнейшее механическое разрушение, и, как результат,
увеличится скорость развития трещин благодаря совместному действию
коррозионной среды и растягивающих напряжений.
Эта общая картина процесса коррозионного растрескивания серьезно не
изменилась при последующих исследованиях, и в настоящее время можно дать
более детальную оценку механического действия концентратора напряжений и
его роли в процессе разрушения.
Существует мнение, что главная функция напряжений состоит в нарушении
поверхностных пленок без разрушения металла и что ускоренное развитие и
распространение трещин в основном имеет электрохимическую природу. В
пленочных теориях коррозионного растрескивания отмечается, что вопрос о
том, будет ли иметь место быстрое развитие трещины, зависит от соотношения
скоростей образования пленки и увеличения концентрации напряжений. Если
образование пленки может остановить коррозию до того, как концентрация
напряжений достигнет значительной величины, то быстрое развитие трещин
будет предотвращено, но если концентрация напряжений достигнет критического
значения до образования пленки, то- произойдет разрушение.
Несмотря на то, что высокие напряжения и деформация могут разрушать
поверхностную пленку и тем самым способствовать локализованной ускоренной
коррозии, нет достаточных доказательств, что они играют основную роль или
что разрушение пленки является главным фактором, приводящим к развитию
трещин. Однако возможно, что разрушение поверхностной пленки, если оно
имеет место, может играть важную роль в процессе хрупкого разрушения.
Весьма маловероятно, что наблюдаемое в некоторых случаях очень быстрое
развитие трещин и последующее разрушение металла может быть причиной
протекания коррозионного процесса. Очень быстрое (почти моментальное)
растрескивание может быть воспроизведено в лабораторных условиях при
соответствующем выборе состава сплава, термообработки и коррозионной среды.
Наблюдения за характером развития трещин показывают, что трещины
развиваются преимущественно механическим путем. Скорость развития трещин,
хрупкий характер разрушения и другие факторы указывают на основную роль
напряжений в общем процессе взаимодействия механических и химических
факторов, кроме тех случаев, когда происходит разрушение поверхностной
пленки, обеспечивающей доступ коррозионной среды. Новые представления о
механизме хрупкого разрушения пластичных металлов и исследование влияния
поверхностных пленок на ползучесть и пластическую деформацию указывают на
основную роль напряжений в процессе развития трещин и хрупкого разрушения.
Вполне вероятно, что. в результате совместного действия напряжений и
коррозии происходит процесс пластической деформации, что приводит к
хрупкому разрушению металла.
Основные характерные черты такого представления о механизме
коррозионного растрескивания содержатся в теориях Дикса и соавторов, а
также в работах Киттинга. Впоследствии Джильберт и Хадден развили эти
представления более подробно для сплавов Аl — 7% Мg, что дало возможность
расширить представления о механизме коррозионного растрескивания,
пригодного для всех систем сплавов. Полагают, что такой механизм позволяет
объяснять многие наблюдаемые явления, ранее трудно со-гласуемые.
Наиболее вероятными процессами, при которых происходит коррозионное
растрескивание, являются следующие:
1. Локализованная электрохимическая коррозия вызывает образование
небольших узких трещин в виде отдельных углублений, развивающиеся края
которых имеют радиусы кривизны порядка атомных размеров. Трещины могут
проходить по границам зерен, как, например, в алюминиевых сплавах или
латуни, или через-зерна, как, например, в аустенитных нержавеющих
сталях или в магниевых сплавах. Количество образующихся трещин может быть
различным, но обычно одна трещина развивается в большей степени, чем
другие.
2. По мере развития трещины у ее вершины создается концентрация
напряжений. Для пластичных сплавов эта концентрация напряжений не превышает
максимальной величины, которая приблизительно в 3 раза больше предела
текучести. При достаточно высоких напряжениях у вершины трещины
происходит местная пластическая деформация, которая предшествует хрупкому
разрушению. В настоящее время установлено, что в пластичных металлах
хрупкое разрушение не может иметь места без предшествующей пластической
деформации. Действительно, именно деформация металла у развивающегося края
трещины вызывает хрупкое разрушение за счет действующих у вершины
трещины напряжений.
3. В зависимости от формы образца, способа приложения нагрузки,
условий испытания и определенного энергетического состояния металла,
свойственного процессу развития хрупкого разрушения, трещина может
распространиться через весь образец, вызвав-мгновенное разрушение его, или,
распространившись на определенное расстояние, развитие ее может
прекратиться. Развитие трещины может быть приостановлено при
| |  скачать работу |
Коррозионное растрескивание металлов |
