Реферат: Коррозионное растрескивание металлов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Коррозионное растрескивание металлов

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 39 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический универ ситет УДК 691.3 Кафедра химии Реферат на тему: Коррозионное растрескивание Исполнитель : студент гр. _103114_Трашков А.С. _ Подпись, дата _________________________ ________ Руководитель : Меж енцев А.А._________________ Подпись, дата _________________________________ МИНСК 2004 Содержание 1. Введение 2. Явление и механизм корро зионного растрескивания А) Коррозионная среда Б) Структура и состав В) Н апряжения Г) Характ ер коррозионных трещин Д) Предотвращение коррозионного растрескивания 3 . Механизм коррозионного растрескивания 4. На чальная стадия локализованной корро зии А) Систем ы сплавов, подверженных межкристаллитному растрескиванию Б) Системы сплавов, подверженных внутрикристалли тному растрескиванию 5. Развитие трещин 6. Общие закономерности явления коррозионного растреск ивания 7. Закл ючение 8. Список использованной литературы Введение Широко распростран ено определение коррозии под напряже нием как увеличение скорости корр озионного процесса под дейст вием статических напряжений. Коррозионно е растрескивание, как предельный случай коррозии под напряжением, предс тавляет собой полное разрушение металла в результате одновременного в оздействия на него напряжений и коррозии. Важно отличать кор розионное растрескивание от процесса коррозии, ускоряющегося при воздействии на пряжений. Очень интенсивная структурная коррозия может проис ходить в металлах и при отсутствии внешних приложенных напряжений, как, например, межкристаллитная коррозия некоторых алюминие вых сплавов ил и нержавеющих сталей. Роль напряжений заклю чается, главным образом, в ра зрушении ослабленных коррозией или хрупких границ зерен металла, что об еспечивает проникнове ние коррозионной среды в глубь металла. При таких условиях про цесс развития трещин происходит до тех пор, пока нерастрес кав шаяся часть металла выдерживает приложенную нагрузку, после чего на ступает механическое разрушение. Процесс трещинообразо-вания сопровож дается непрерывной потерей прочности материала по мере увеличения кор розионного разрушения. ЯВЛЕНИЕ И МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИ Я В металле, подверженном коррозионному растрескиван ию, при отсутствии внешних напряжений обычно происходит очень незна чит ельное коррозионное разрушение, а при отсутствии коррозион ной среды по д воздействием напряжений почти не происходит из менения прочности или пластичности металла. Таким .образом, в процессе коррозионного растреск ивания, т. е. при одновремен ном воздействии статических напряжений и кор розионной среды, наблюдается существенно большее ухудшение механическ их свойств металла, чем это имело бы место в результате раздельного, но ад дитивного действия этих факторов. Коррозионное растре скивание являет ся характерным случаем, когда взаимодейству ет химическая реакция и механические силы, что приводит к стру к турному разрушению. Такое разрушение носит хрупкий характер и возникает в обычных пластичных металлах, а та кже в медны х, никелевых сплавах, нержав еющих сталях и др. в присутствии опре деленной коррозионной среды. При ис следовании процесса хруп кого разрушения в результате коррозионного р астрескиванир особое значение имеет исследование раздельного воздействия на металл напряжений и коррозионной среды, а также их одновременное возд ействие. Однако в процессе коррозионного растрескивания первостепенно е значение имеют следующие стадии: 1) зарождение и возникновение трещин и 2) последующее развитие коррозионных трещин. Обе стадии, как будет показа но ниже, являются индивидуальными ступенями в процессе коррозионного р астрескивания. Коррозионная среда Средами, в которых происходит коррозионное растреск ивание металлов, являются такие среды, в которых процессы коррозии сильн о локализованы обычно при отсутствии заметной общей по верхностной кор розии. Интенсивность локализованной коррозии-может быть весьма значит ельной, в результате чего прогрессирует процесс развития очень узких уг лублений, достигая, вероятно, на ибольшей величины на дне углублений, име ющих радиусы по рядка одного междуатомного расстояния. Тщательное изуч ение ли тературы показывает, что во многих случаях процесс начальной ко ррозии может иметь место и при отсутствии напряжений, хотя такое коррози онное разрушение может быть совсем незначитель ным. Некоторые во просы, относящиеся к роли напряжений в развитии этих чувстви тельных зон в опр еделенных системах сплавов, еще остаются неяс ными, но в общем случае это ясно. Кроме того, большинство экспе риментальных работ показывает, что в том случае, когда началь ные локализованные коррозионные углубления ме жкристаллигаы,. то при последующем растрескивании преобладает также ме жкри-сталлитное разрушение. Если начальная коррозия происходит вну три зерен металла, то последующ ее растрескивание имеет в нутри- кристаллитный характер. Нет определенных указ аний о том, что межкристаллитная трещина будет развиваться из внутрикри стал литного коррозионного углубления, и наоборот. См ешанный тип растрескивания, который иногда наблюдается, может быть обус лов лен побочным процессом, связа нным с динамикой быстро разви вающейся трещины. При воздействии на материал коррозионной среды, кото рая вли яет на склонность сплава к коррозионному растрескиванию и ха рактер разрушения, основными факторами являются следую щие: 1) относительная разность поте нци алов микроструктурных фаз, присутствующих в сплаве, ч то вызывает вероятность местного раз рушения 2) поляризационные процессы на ано дных и катодных участках 3) образование продуктов кор розии, которые оказывают влия ние на коррозионный процесс. Структура и состав Если локализованная коррозия является важным факто ром в об щем процессе растрескивания, то вполне очевидно, что микрострук тура металла должна иметь еще большее значение, определяющее вероятнос ть возникновения такого коррозионного разрушения. Опыты со всей очевид ностью показывают, что изменения в составе, термообработке, механическо й обработке и способах изготовления приводят к изменению микроструктуры, а, следовательно, влияют и на устойчивость металла против коррозионного растрескивания. Опыты п оказывают, что структура металла влияет не только на ха рактер начально го местного разрушения, но также определяет путь и скорость коррозионного растрескивания. Кроме того, неболь шие изменения в составе сплава, без какого-либо очевидного изменения мик роструктуры, приводят к заметному изменению устойчивости сплава проти в коррозионного растрески вания. Например, чистая медь в аммиачных сред ах не подвержена растрескиванию, но примесь менее чем 0,1 % фосфора, мышьяка или сурьмы в однородном твердом растворе делает ее п одверженной разрушению . Добавление 0,3% хрома защищает от коррозион ного растрескивания алюминиевый спла в марки 755, чт о важно в промышленном отношении и что еще раз подчеркивает значение изменений состава сплава на устойчивость пр отив коррозионного растрескивания. Напряжения Для того чтобы произоше л процесс коррозионного растрескива ния, необходимо наличие поверхнос тных или внутренних растяги вающих напряжений. Обычно встречающиеся на практике разруше ния обусловлены наличием ост аточных на пряжений, возникающих , при производстве и обработке металла, но в целях исследования не следует делать разграничения между остаточными напряжениями и на пряжениями, возникшими в результате приложенных внешних нагрузок. Кор розионное растрескивание никог да не наблюдалось в результате действия поверхностных сжимащ их напряжений; наоборот, с жиающие поверх ностные напряжения разрушения могут использоваться для защи ты от коррозионного растрескиван ия. При увеличении величины приложенных напряжений уме нь шается время до полного разрушения металла . Для кор розионного растрескивания обычно необходимы выс окие напряже ния, приближающиеся к пределу текучести, однако, часто разр уше ние может наступить и при на пряжениях, значитель но меньших предела текучести. Для многих систем спла вов наблюдается какой-то «порог» или «предел» напряжений, т. е. напряжени я, ниже кото рых коррозионное растрескивание не прои сходит за определенный п ериод времени. Такая зависим ость, наблюдавшаяся, например, при замедленном растр ескивании сталей, указывает, что основную роль в процессе разрушения играют напряжения. Имеются доказательства, что осно вное влияние при коррозионном растрескивании напряжения оказывают нез адолго до полного разрушения, т. е. эффективность напряжений не сказывае тся до определенного периода времени, после чего наступает внезапное ра зрушение. Этот вывод в дальнейшем подчеркивается рядом на блюдений, в ко торых указывается на зависимость времени до пол ного разрушения от врем ени приложения напряжений. Показано, что время до полного разрушения ,не зависит от того, приложены ли напряжения в начале испыта н ия или на последующих стадиях его . Характер коррозион ных трещин Коррозионные трещины развиваются в плоскости, перпе ндику лярной плоскости растягивающих напряжений, независимо от ха ракт ера приложенных или остаточных напряжений. С точки зрения микрострукту ры коррозионные трещины могут имет ь как внутрикри сталлитный, так и межкрист аллитны й характер. Можно предположить, что направление и характер развития трещ ин в металле до некоторой степени зависят от формы и размера зерен, поско льку эти факторы влияют на распределение внутренних напряжений. Одно из наиболее важных исследований, относящихся к и зуче нию характера развития трещин, устанавливает, что этот процесс не я вляется непрерывным. На прерывистый характер развития тре щин указано в работах Джильберта и Хаддена, Эделеану и Фармери. Обнаружено, что в алюми ниево-магкиевых сплавах развитие трещин является ступенчатым процессо м, раз вивающимся путем ряда отдельных механических изломов. Более новое доказательство прерывистого характера развития тр ещин показано в кинофильме, подготовленном Престом, Б еком и Фон тана , занимающимися коррозионным растрес киванием магние вых сплавов. Предотвращение корр озионного растрескивания Наиболее эффективный метод повышения устойчивости метал лов против коррозионного растрескивания состоит в использовани и соответствующих конструктивных мероприятий и способов обра ботки, со кращающих до минимума величину остаточных напряже ний. Если остаточные напряжения неизбежны, успешно может быть применена термообра ботка, снимающая эти напряжения. Если по зв оляют условия, может быть использована, например, дробеструй ная обрабо тка, вызывающая сжимающие поверхностные напряже ния, которые впоследст вии дают возможность нагружать материал, не вызывая напряженного состо яния поверхности. Одним из мето дов, который получает все большее призна ние и который связан с электрохимическим фактором процесса растрескив ания, является применение катодной защиты. Одним из интересных методов исследования взаимодей ствия на пряжений и химических факторов является изучение зависимости величины катодного тока, необходимого для защиты, от величины механичес ких напряжений . Кроме того, ряд исследований показывает, что начавше еся рас трескивание может быть остановлено путем прим енения катодной защиты . МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОН НОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ Для объяснения характерных особенностей процесса ко ррозион ного растрескивания необходим обобщенный механизм этого явле ния, который можно было бы применить для всех металлических систем с уче том всех особенностей в каждом индивидуальном слу чае разрушения. Первые объяснения механизма коррозионного растрес кивания связывались либо с химическим, либо с механическим фактором и бы ли недостаточны, так как не учитывалось совместное химическое и механич еское действие. Большой вклад в вопрос понимания ме ханизма коррозионно го растрескивания внесен Диксом и соавто рами . Их опыты убедительно показали основную электрохими ческ ую природу коррозионного разрушения, а в обобщенном ими механизме корро зионного растрескивания указывается на роль ме ханических факторов в п роцессе общего разрушения. Согласно этому механизму , процесс коррозионного растрескивания трак туетс я с ледующим образом. Если в металле происходит развитие местного коррози онного разрушения в виде очень узких углублений, то вполне очевидно, что растягивающие напряжения, перпендикулярные к направлению этих углубле ний, будут способствовать возникновению концентра ции напряжений на дн е их, причем чем больше углубления и меньше радиус дна углублений, тем бол ьше будет концентрация напряже ний. При таком состоянии металла создают ся все условия для раз рушения его вдоль этих более или менее протяженны х локальных коррозионных разрушений, и поэтому при достаточной концент ра ции напряжений металл может начать разрушаться за счет механи ческо го воздействия. В результате механического разрушения будет обнажатьс я свежая, незащищенная окисной пленкой поверхность металла, которая, буд учи более анодной, подвергается интенсив ному воздействию коррозионно й среды, что приведет к увеличению тока между дном углублений и неповреж денной поверхностью ме талла, а, следовательно, и к ускорению коррозии. Ус корение кор розионного процесса вызовет дальнейшее механическое разр уше ние, и, как результат, увеличится скорость развития трещин бла годаря совместному действию коррозионной среды и растягиваю щих напряжений. Эта общая картина процесса коррозионного растрески вания серьезно не изменилась при последующих исследованиях, и в на стоя щее время можно дать более детальную оценку механического действия кон центратора напряжений и его роли в процессе раз рушения. Существует мнение, что главная функция напряжений со стоит в нарушении поверхностных пленок без разрушения металла и что уск оренное развитие и распространение трещин в основном имеет элек трохимическую природу . В пленочных теориях кор розионного растрескивания отмечается, что вопрос о том, будет ли име ть место быстрое развитие трещины, зависит от соотношения скоростей обр азования пленки и увеличения концентрации напря жений. Если образовани е пленки может остановить коррозию до того, как концентрация напряжений достигнет значительной вели чины, то быстрое развитие трещин будет пред отвращено, но если концентрация напряжений достигнет критического зна чения до об разования пленки, то- произойдет разрушение. Несмотря на то, что высокие напряжения и деформация м огут разрушать поверхностную пленку и тем самым способствовать ло кали зованной ускоренной коррозии, нет достаточных доказательств, что они иг рают основную роль или что разрушение пленки является главным фактором, приводящим к развитию трещин. Однако воз можно, что разрушение поверхно стной пленки, если оно имеет ме сто, может играть важную роль в процессе х рупкого разрушения. Весьма маловероятно, что наблюдаемое в некоторых слу чаях очень быстрое развитие трещин и последующее разруше ние металла может быть причиной протекания коррозио нного процесса. Очень быстрое (почти моментальн ое) ра стрескивание может быть воспроизведено в лаборатор ных условиях при соответствующем вы боре состава сплава, термообработк и и коррозионной среды. На блюдения за характером развития трещин показ ывают, что тре щины развиваются преимущественно механическим путем. Ско рость развития трещин, хрупкий характер разрушения и другие факторы ук азывают на основную роль напряжений в общем про цессе взаимодействия ме ханических и химических факторов, кроме тех случаев, когда происходит ра зрушение поверхностной пленки, обеспечивающей доступ коррозионной сре ды. Новые представления о механизме хрупкого разрушения пластичных мет аллов и исследо вание влияния поверхностных пленок на ползучесть и плас тическую деформацию указывают на основную роль напряжений в процессе р азвития трещин и хрупкого разрушения. Вполне вероятно, что. в результате совместного дейст вия напряжений и коррозии проис ходит процесс пластической деформации, что приводит к хру пкому разрушению металла. Основные характерные черты такого представления о м еханизме коррозионного растрескивания содержатся в теор иях Дикса и соав торов , а также в работах Киттинга . Впос ледствии Джиль берт и Хадден развили эти представлени я более по дробно для сплавов А l — 7% М g , что дало возможно сть расширить представления о механизме коррозионного растрескивания , пригод ного для всех систем сплавов. Полагают, что такой механизм позво ляет объяснять многие наблюдаемые явления, ранее трудно со-гласуемые. Наиболее вероятными процессами, при которых происхо дит кор розионное растрескивание, являются следующие: 1. Локализованная электрохимическая коррозия вызыв ает обра зование небольших узких трещин в виде отдельных углублений, ра звивающиеся края которых имеют радиусы кривизны порядка атомных разме ров. Трещины могут проходить по границам зерен, как, например, в алюминиев ых сплавах или латуни, или через-зерна, как, например, в аустенитных нерж авеющих сталях или в магниевых сплавах. Количество образующихся трещин может быть различным, но обычно одна трещина развивается в большей сте пени, чем другие. 2. По мере развития трещины у ее вершины создается кон цен трация напряжений. Для пластичных сплавов эта концентрация напряже ний не превышает максимальной величины, которая при близительно в 3 ра за больше предела текучести . При доста точно высоких напряжениях у вершины трещины происходит местная плас тическая деформация, которая предшествует хрупкому разру шению. В насто ящее время установлено, что в пластичных метал лах хрупкое разрушение н е может иметь места без предшествую щей пластической деформации. Действ ительно, именно деформация металла у развивающегося края трещины вызывает хрупкое разру шен ие за счет действующих у вершин ы трещины напряжений . 3. В зависимости от формы образца, способа приложения на грузки, условий испытания и определенного энергетического состоя ния металла, свойственного процессу развития хрупкого разруше ния, трещина может распространиться через весь образец, вызвав-мгновенное разрушен ие его, или, распространившись на определен ное расстояние, развитие ее м ожет прекратиться. Развитие тре щины может быть приостановлено при неб лагоприятной для про цесса растрескивания ориентации границ зерен, при неоднородно сти кристаллической решетки или при наличии неметалличе ских включений; развитие ее может остановиться в результате релакса ции напряжений при развитии трещины или при определенном энер гетическом с остоянии, когда производимая работа деформации бу дет больше, чем увели чение поверхностной эне ргии, как отмечено у Ирвина и О рована . 4. Развитие трещины за счет механического разрушения о бна жает свежую поверхность металла, и коррозионная среда быстро засасы вается в трещину под дей ствием капиллярных сил, в ре зультате чего наступает период ин тен сивной коррозии. Вполне воз можно, что эта стадия интенс ивной коррозии способствует развитию; трещины, причем коррозия развива ется таким обра зом, что вызы вает разв етвление трещины. Однако следует считать, что главным фактором в развити и трещины явл яется механическое воздействие а не электрохимические процессы. 5. Ускоренный процесс коррозии, вызванный действием кор рози онной среды на не защищенную пленкой поверхность металла, бы стро з амедляется вследствие поляризации и повторного образова ния защитной пленки, что связано с изменением концентрации: электролита внутри тре щины. 6. После этого опять преобл адают усло вия, медленно развивающаяся локализованная коррозия продолжается до тех пор, пока не возникнет достаточно высокая концентра ция, напряжений, которая вызовет деформацию и развитие трещины. Полный ц икл процессов повторяется до тех пор, пока не наступит разрушение вследс твие развития трещины или уменьшения попе речного сечения напряженног о образца. Вопрос о том, разрушается ли образец сразу после того к ак об разовалась первая трещина или в результате развития нескольких тр ещин в течение какого-то периода времени, не является сущест венным в мех анизме растрескиван ия и зависит от формы, размеров и толщины образца, а также о т величины нап ряжений и условий испытания. Таким образом, представленный выше механизм включает две основные стадии процесса коррозионного растрескивания: период; лок ализованной электрохимической коррозии и последующий пе риод развити я трещин. Если разр ушение не происходит очень бы c т ро, процесс раст рескивания включает непродолжительный пе риод интенсивной коррозии. Ниже подробно рассматривается каж дая из стадий процесса растрескивания, а также факторы, опреде ляющие эт и стадии, и экспериментальные данные, подтверждаю щие изложенные ранее гипотезы. НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ ЛОКА ЛИЗОВАННОЙ КОРРОЗИИ Состояние поверхности металла, обеспечивающее разв итие ин тенсивной локализованной коррозии, вероятно, подобно тому со ст оянию, при котором происходит питтинговая коррозия. Локаль ное коррозио нное разрушение происходит обычно при наличии ка тодных и анодных микро элементов, которые способствуют концен трации и ускорению электрохими ческого процесса. Источниками местных анодных участков могу т быть: 1) состав и микрострук турные неоднородно сти сплава, как, например, многофазные сплавы или включения по границам з ерен; 2) значительное искажение гра ниц зерен или других субструктурных г раниц, по которым могут выделяться растворенные атомы; 3) участки границ з ерен, возник шие благодаря местной концентрации напряжений; 4) локаль ное разрушение поверхностной пленки под действием на пряжений; 5) участки, возникшие за счет пластической де форм ации. Системы сплавов, под верженных межкристаллитному растрескиванию Алюминиево-медные сплавы . Браун и соавторы показали, что, в результате выделения по границ ам зерен CuAl 2 пр имыкающие к границам зерен зоны обедняются ме дью, в результате чего в рас творе хлористого натрия между грани цами зерен и зернами суще ствует разность потенциалов в 200 мв. Эти обедненные медью зоны, анодны по отношению к выделивше йся фазе CuAl 2 и по отношению к самим зернам. Сплавы А1 — 7% М g . Джильберт и Хадден показали, что сое динение М g 2 А1 3 , которое выделяется по гра ницам зерен, в нейтральных и кислых растворах хлорист ого натрия является анодом по отношению к зернам и к обедненным зонам гр аниц зе рен . В этих растворах b -фаза подвержена избирательной коррозии. В водном растворе едкого натра b -фаза катодна по отношению к телу зерен, и в эт ом случае не происходит ни избирательной кор розии, ни коррозионного ра стрескивания, а имеет место только общая кор розия. Эделеа ну предположил, что подверженность интенсивной изби рательной коррозии не обусловлена выделяю щейся по гра н ицам зерен равновесной фазой, а связана с одним из переходных со стояний в процессе старения — выделением или адсорбцией растворенных атомов по границам зерен. Таким образом, в структуре сплавов, упрочняющихся с в ыде лением второй фазы и подверженных межкристаллитному растре скиван ию, имеется три участка с различными электрохимическими характеристик ами. 1. Зерна твердого раствора. 2. Выделившаяся по границам зерен фаза (или переход ное состояние этой фазы или адсорбированных растворенных ато мов) . 3. Обедненные каким-либо компонентом участки твердог о рас твора, примыкающие к границам зерен. Мягкие стали . Паркинс показал, что выделяющиеся по грани цам зерен карбиды вызывают искажение этих границ. В растворах нитратов искаженные границы зерен фе ррита анодны по отношению к зернам, в результате чего границы служат мес том интенсивной межкр исталлитной коррозии. Действие напряжений может еще больше исказить эти границы и сдела ть эту область более анод ной. Медные сплавы в аммиачных средах . Чистая медь в аммиачных средах не подвержена растрескиванию, но добавл ение небольших количеств фосфора, мышьяка, сурьмы, цинка, алюминия, кремн ия или никеля в качестве легирующих элементов, входящих в одно родный тв ердый раствор, вызывает межкристал литное растрески вани е меди . Оказывается, что наблюдаемая разность потенци а лов между границами зерен и зер нами и местная межкриста ллитн ая коррозия могут быть обусл овле ны искажением границ зерен в результате разли чной ориентации смежных зерен . Робертсон, п оказал, что концентрация легирующего компонента в меди, вызывающая бесп орядочную рекристаллизованную структуру, соот ветствует концентрации , которая делает сплав подверженным кор-озионному растрескиванию. В одн ородных системах причиной разви тия ме стной межкристаллитной коррозии может быть химическая а ктивность границ зерен, которая зависи т от искажения границ и де йствия напряжений и деформа ции. Выделение или адсорбция по раницам зерен растворенных атомов будет значительно влиять на искажение и активность границ зерен. В работе Том псона и Трэси выведено соотношение между концентрацией легирующего компо нента, необходимой для получе ния подверженного коррозионному рас трескиванию сплава, и количеством компоне нта, которое вызы вает межкристаллитную коррозию сплава при отсутствии напряжений. Ни в одном случае не набл юдалось коррозионного растрески вания при легировании к омпонен тами, которые не вызывают первоначальной меж кристаллитн ой корр озии. Интересно отметить, что при значительном увеличении концентрации легирующих компонентов алюминия и кремния (но не выходя из области тверд ых растворов) сопротивление растрески ванию увеличивается и наблюдает ся смешанный характер растре скивания — и межкристаллитный и внутрикр исталлитный, что не сомненно связано с изменением активности границ зер ен. Системы сплавов, под верженных внутрикристаллитному растрескиванию Магниевые сплавы. На основании и зучения зависимости между содержанием железа в магниевых сплавах и их у стойчивостью про тив внутрикристаллитного коррозионного растрескива ния было вы сказано предположение, что железо-алюминиевая составляющая , преимущественно выделяющаяся параллельно определенным кри сталлогр афическим плоскостям, в частности плоскости базиса, может быть катодной фазой. Было показано, что раз ность потенциалов между соед инением Fe — А1 и твердым раствором М g — А1 в солянохроматных раство рах составляет 1 в. Наблюдаемое ме жкристаллитное растрескивание некоторых магниевых, сплавов в дистилли рованной воде, в ра створах хроматов и фторидов , возможно, обусловлено присутствием незначительных примесей по границам зерен. Как известно, сопротивление магния общей корро зии за висит от наличия некоторых примесей — таких, как железо, медь, никель и ко бальт, которые в этом отношении особенно активны . Аустенитные нержавеющие стали типа 18-8 . Стабильность аусте нитно й фазы в нержавеющих сталях зависит в основном от содер жания в сплаве ни келя и азота. Однако, в сталях типа 18-8 в ре зультате холодной обработки или деформации какая-то часть аустенита может превратиться в мартенсит. Был о высказано пред положение, что пластинки мартенсита являются анодной ф азой в процессе местной коррозии . Это п редположение подверглось критике на основании того, что некоторые ауст енитные нержавею щие стали, которые даже под влиянием значительной холо дной обработки не претерпевают мартенситного превращения, подвер жены коррозионному растрескиванию. Кроме того, нержавеющая сталь типа 18-8 подв ержена коррозионному растрескиванию в ат мосфере пара, содержащего хло риды, при температурах, слишком высоких для мартенситных превращений. Существенным доказательством электрохимического х арактера локального коррозионного разрушения, т. е. первой стадии процес са коррозионного растрескивания, является возможность предотвра щени я растрескивания при катодной поляризации и при деаэрации коррозионно й среды для некоторых алюминиево-магниевых сплавов . Удаление кислорода из раствора понижает скорость катодн ого процесса и тем самым препятствует электрохимическому разруше нию. РАЗВИТИЕ ТРЕЩИН Существенным подтвержд ением гипотез механизма коррозион ного растрескивания является более подробное изучение харак тера развития трещин, в частности, микрокиноск опическое иссле дование процесса развития трещин. Фильм, заснятый Прест ом, Бе ком и Фонтана , показывает , что развитию внутрикристаллит ной трещины в ма гниево-алюминиевых сплавах предшествуе т волна пластиче ской деформации . Как ранее установлено, для возникно вения пластической деформации необходимо наличие небольшой трещины, к ак источника развития хрупкого разрушения. Кроме того, в результате дефо рмации металла у вершины первоначально образовавшейся трещины должно происходить дальнейшее ее углубление и расширение, что наб людается в действительности . Степень развития трещины в результате деформации определяется, несомненно, пластически ми характеристиками материала, и сле дует ожидать, что при наличии непре рывной хрупкой фазы для раз вития трещины потребуется небольшая деформ ация и расширения трещины совсем не произойдет или будет весьма незначи тельным. В результате пластической деформации обычно происх одит раз рушение защитных поверхностных пленок в трещине, что вызывает ускорение коррозионного процесса. Но разрушение пленки может играть и б олее существенную роль в процессе деформации. Было показано, что защитны е пленки на монокристаллах и в некоторых поликристаллических материал ах препятствуют протеканию про цес сов ползучести и дефор мации . Было высказано предположе ние, что такие пленк и действуют как барьер при передвижении дислокаций и, следователь но, препятствуют деформации . Кон центрация д ислокаций под поверхностной пленкой вызывает высо кую концентрацию на пряжений. Когда пленка разрушается или устраняется химическим путем, ди слокации стремятся к передвиже нию по своему первоначальному направле нию, вызывая тем самым самопр оизвольную деформацию . Если это передвижение происходит в плоскости развития тр ещины, должно происходить ее углубление и расширение. Деформация, котора я происходит у вер шины трещины, очень локализована и трудно обнаружива ется обычными методами металлограф ического анализа. Кро ме того, c ле дует учесть, что деформированные участки и поверхности образующихся тр ещин подвержены интенсивной коррозии, которая может легко уничтожить в се признаки существования деформации. Имеются данные о том, что напряженные и деформированн ые металлы более актив ны, чем ненапряженные. Таким образо м, участкам с коррозионными трещинами свойственна бо льшая электрохимическая активность, что приводит к ускорен ию процесса тре щинообразования. Не может быть с омнения, что ускоренный коррозионный процесс вызван разрушением повер хностной пленки и наличием напряженных анодных участков, но мало вероят но, что эти фак торы способствуют общему процессу развития трещин. Если они оказывают в лияние, то только в основном на возникновение небольших местных трещин, необходимых для создания концентра ции напряжений и последующего трещ инообразования. Развитие трещины, которая вызывает разрушение метал ла, не обязательно происходит в том же месте, где появилась первая мел кая трещина. Форма образца и характер деформации могут быть такими, что осно вная трещина развивается на некотором расстоя нии от первоначально поя вившейся небольшой трещины. Ирвин и соавторы характеризуют процесс развития тре щины следующим образом. Первоначальное зарождение трещин происходит н а разрозненных, не связанных между собой участках с большими растягиваю щими напряжениями. Мелкие разрознен ные трещины, соединяясь, образуют о дну трещину. Как отмечается, процесс трещинообразования начинается на о слабленных участках металла, и первые стадии его сопровождаются пласти ческой дефор мацией. Развитие трещины носит прерывистый характер, и это является основным свойством быстрого трещинообразования. Быстрое н ачало и прекращение отдельн ых процессов прерыви стого трещинообразования производит на металл си льное механи ческое воздействие, что может вызвать дальнейшее развитие и раз ветвление трещины. Развитие трещины приостановится, когда она дос тигнет области, где нет достаточных растягивающих напряже ний, направле ние которых перпендикулярно направлению развития трещины. Следователь но, для последующего развития трещины не обходима дальнейшая деформаци я. Большие трещины обладают способностью развиваться быстрее, чем мелки е. По мере роста мелк их трещин крупные трещины развиваются значительно бы стрее, и вскоре на чинает преобладать только одна трещина, кото рая останавливает развити е других. Характер развития трещин в пластичных металлах обеспечивает в озникновение ряда быстро развивающихся трещин, так как новые трещины об разуются по ходу .продвижения основной трещины и соединяются с ней. Когд а энергия деформации, выделяющаяся при развитии основной тре щины, стан овится равной работе деформации, происходит процесс быстрого самораст рескивания. В эту главу не входит подроб ное обсуждение ра бот Ирвина и Орована об относительном равновесии ме жду совершённой работой и энергией, освобождаю щейся при развитии трещи ны. Следует указать, что если энергия деформации, выделяющаяся при разви тии трещины, больше энер гии, необходимой для нового разрушения поверхн ости, трещина будет развиваться самопроизвольно. Ирвин также показал, чт о ско рость развития трещины будет увеличиваться до тех пор, пока не буде т достигнуто неустойчивое состояние, после чего произойдет быстрое раз рушение. Изложенное рассмотрение процесса возникновения и ра звития трещины более точно характеризует природу коррозионного растре скивания. На прерывистый характер развития трещин ук азывают Эделеа ну, Дж ильберт и Хадден, Фармери для алюминие вых сплавов, а также Преет, Бек и Фонтана для магниевых спла вов. Очевидно, нет сомнения, что при растрескивании материал подвер гается серии отдельных механических разрушений, которые, соединяясь вм есте, образуют трещину. Кроме того, фильмы и микрофотографии, имеющиеся в литературе, показывают, что растрескивание происходит путем продвижения развив ающейся трещины . Можн о ожидать, что изложенный механико-электрохимический механизм коррози онного растрескивания может достаточно точно объяснить наблюдаемые яв ления процесса коррозионного ра стрескивания, среди которых основ ными являются следующие: 1. Трещины не возникают и не развиваются под действием сжи мающих напряжений. 2. Более высокие напряжения, особенно напряжения, близ кие к пределу текучести, вызывают более высокую концентрацию на пряжени й и соответственно уменьшают устойчивость металла про т ив растрескивания. 3. Для создания достаточно й концентрации напряжений и после дующей деформации необходим к акой-то минимум напряжений, тот минимальный п редел напряжений не является абсолютной ве личиной и зависит от формы образца и условий испытания. Следуе т также указать, что предел упругости или текучести на отдельных микроск опических участках может быть значительно ниже, чем те кучесть сплава. 4. В том случае, когда разрушение металла происходит по чти сразу после образования первоначальной трещины, время до рас трески вания зависит от времени, необходимого для зарождения мелких коррозионных трещин. Важным фактором является также состояние поверхности. При разрушении, включающем ряд повтор ных циклов процесса растрескивания, общее время до разрушения определяетс я как суммарное время образования серии коррозион ных трещ ин. Не наблюдается значительного отличия во вре мени до разрушения образцов, нагруженных в течение всего испытания, и об разцов, нагруженных незадолго до разрушения; время, необхо димое для кор розионного растрескивания, не зависит существенно от условий создания напряженного состояния металла. 5. Доказательством того, что наибольшее влияние прило жен ные напряжения оказывают незадолго до разрушения, служит самопроиз вольное растрескивание металла после зарождения пер воначальной трещ ины. Если процесс растрескивания происходит за счет образования серии м елких трещин и по мере развития тре щин ы металл приближается к неустойчивому состоянию, то при на личии д еформированных участков металла произойде т самопроиз вольное развитие трещины и полное разрушение металла. 6. Катодная защита препятствует развитию локальных ко рро зионных разрушений. При наложении катодного тока увеличи ваются ра диусы возникающих коррозионных углублений, в резуль тате чего коррозио нный процесс может происходить только при увеличении напряжений. Поэто му для предотвращения коррозион ного растрескивания при повышенных на пряжениях должна приме няться более эффективная защита, которая будет п репятствовать возникновению локальных коррозионных разрушений и созд анию концентр аторо в напряжений. Полагают, что если разви тие трещины достигнет такого зна чения, что создаются условия для самоп роизвольного растре скивания, то применение ка тодной защиты не окажет ни какого влияния. 7. Если время до растрески вания от носительно мало и раз вивается только одна или не сколько трещин, то не н аблю дается существенного отличия в коррозии (в количестве ме талла, пер еходящего в раствор ) напряженных и ненапряженных образцов, как показал, например, Эделеану д ля сплава А1— 7% М g , так как разви тие трещин идет практически только за счет механического разрушения. С д ругой сто роны, процесс химического разрушения приводит к переходу в ра с твор измеримого количества металла, но переход металла в раствор не бу дет существенно зависеть от времени до разрушения. 8. Предложенный механизм рас трескивания согласуется с наб людаемым явл ением, обнаружи вающим одинаковую скорость разви тия образовавшихся трещин в материале, подверж енном коррози онному растрескиванию, и в сравнительн о устойчивом материале. Зависимость устойчивости металла против корро зионного растре скивания от его структуры и коррозионной среды в знач ительно мольшей степени проявляется в первый период зарождения локаль ного разрушения, чем при последующей стадии развития трещин. 9. Чем меньше размер зерна мет алла, тем больше его устойчи вость против коррозионного растрескивания . При увеличении раз мера зерна уменьшается время до разру шения. Казалось бы , что чем больше число зерен, тем боль ше число границ зерен, имеющих высокую электрохимическую активность, в результате чего более вероятен процесс локально го корро зионного разрушения; одн ако при мелкозернистой стру ктур е условия для зарождения т рещин довольно неблагоприятные. Доказано, что сопротивлен ие хрупкому разрушению поликристалл ических металлов обратно пропорционально квадратном у к орню размера зерна . Сле довательно, для разрушения ме лкозернистого поликристалличе ского материала требуются повышенные н апряжения. Поэтому крупнозернистые металлы с благоприятной ориентацие й границ зерен очень неустойчивы против коррозионного растрескивания. В случае межкристаллитного растрескивания большое значение имеет выделение растворенных атомов по границам зерен, так как предполагается, что адсорбция растворенных атомов по границам зерен ум еньшает энергию границ зерен и снижает напряжения, необходимые для того , чтобы вызвать хрупкое разрушение (т. е. снижает работу, необходимую для о браз ования новой поверхности) . Любой а дсорбционный процесс на участках металла с несо вершенной структурой, к оторый уменьшает работу, необходимую для образования новой поверхност и, значительно увеличивает тен денцию таких участков к трещинообразова нию при наличии напря жений. Очевидно, следует предп оложить, что хрупкое межкристаллитное растрескивание сплавов вызвано содержанием по границам зерен интерметаллических фаз; в этом случае сущ ествуют очень благо приятные условия для развития по границам зерен мес тной корро зии, а развитие хрупкого разрушения происходит за счет интер металлической фазы. Для однородных твердых растворов, в которых имеет ме сто межкристаллитное растрескивание (напри мер, в а -латуни), определяющим фактором является адсорбция ил и выделение растворенных атомов по границам зерен. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОС ТИ ЯВЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ Вполне очевидно, что сплавы, основу которых составля ют благо родные металлы, являются наиболее устойчивыми против коррози онного растрескивания, так как легирующие компоненты таких сплавов все гда менее благородий. Кроме того, для таких сплавов ограничено число кор розионных сред, в которых может происхо дить растрескивание. С другой ст ороны, для такого очень актив ного металла, как магний, все легирующие ком поненты более бла городны, поэтому магниевые сплавы сильно подвержены к оррозион ному растрескиванию. Для магния даже вода является активной ко ррозионной средой. Среди специальных групп сплавов, не подверженных ко ррозион ному растрескиванию, можно отметить сплавы золота, палладия и п латины. Однако для сплавов сере бра условия для коррозионного растре скивания более благоприятны. Во-пе рвых, серебро часто исполь зуется в виде сплава с более благородными мет аллами, такими, как золото, палладий и платина; во-вторых, серебро быстро в ступает .в реакцию с сильными окислителя ми, такими, как азо тная и хромо вая кислоты, а также с соляной кислотой и хлорным железом. Пре дел устойчивости для этих сре д лежит примерно при 40 ат. % А u , так что ко ррозионное растрескивание будет иметь место во всех сплавах с золотом, с одержащих менее 58,5 вес. % золота. В связи с этим имеются многочисле нные примеры коррозионного растрески вания сплавов серебра, содержащи х золото и палладий, применяю щихся в зубоврачебном деле. Коррозионное р астрескивание этих сплавов наблюдалось после очистки их в соляной кисл оте в про цессе производства. С другой стороны, сплавы серебра, содержащи е менее благородные компоненты, не подвержены коррозионному рас трески ванию. Это подтвердилось при испытании однородных сплаво в системы А u — Zn , содержащих 25 ат. % Zn , и сплавов системы Ag — А1, содержащих 13 ат. % А1. Образцы из этих сплавов, испы тываемые под напряжением в 2%-ном растворе Fe С 3 , не подверга лись коррозионному растрескиванию даже в течен ие продолжитель ного времени испытания. Медные сплавы более подвержены коррозионному растр ески ванию. Число более благородных легирующих компонентов для меди не меньше, чем для серебра, но основная опасность обуслов лена тем, что в люб ой среде, содержащей хотя бы незначительное количество аммиака, происхо дит коррозионное растрескивание мед ных сплавов. Все сплавы, содержащие небольшое количество зо лота, использующиеся в производстве ювелирных изделий, явля ются сплавами на медной основе. Из всех использующихся спл авов меди с золотом только один сплав, содержащий 75 вес.% золота, не подверж ен коррозионному растрескиванию. Для остальных сплавов их устойчивост ь зависит от коррозионной среды и предела устойчи вости. Предел уст ойчивости для сплавов сист емы С u — А u в растворе аммиака составляет примерно 20 ат.% А u , так что сплавы, содер жащие 50 вес. % золота, не подвержены коррозион ному растрескиванию в этой с реде. Но в 2 %-ом растворе Fe С 3 т а кие спла вы, содержащие меньше 35 ат.% А u , подвержены коррози онному растрески ванию. Поэтому в ювелирном деле следует при менять сплавы, содержащие не менее 58,5 вес.% золота, с испол ьзо ванием и х при возможно более низ ких напряжениях. Однако в случае технического испол ьзования, включающего наличие в спла ве внутренних напряжений и воздействие коррозионной среды (например, из готовление перьев для авторучек), такие сплавы не достаточно устойчивы . Но если част ь меди в этих сплавах за менять серебром (по весу), как это часто делается на прак тике, то атомная доля золота в сплаве увеличивается и соответ ственно увеличи вается сопротивление коррозионному растрескива нию. Особое внимание следует уделить такому важному спла ву, как латунь, где медь легирована менее благородным компонентом (цин ко м) и поэтому, согласно правилам, не должна подвергаться кор розионному ра стрескиванию. Однако практически очень часто про исходит сезонное раст рескивание латуни. Тщательное исследование показывает, что коррозионн ое ра стрескивание латуни происходит то лько в аммиач ных средах, тогда как раствор Fe С 3 , концентри рованные кислоты НС1 и Н N Оз вызывают только общую поверхно стн ую коррозию. Это отклонение от прави л вызвано особым поведением мед и в аммиачной среде, в которой о бразуются компле ксные ионы с ме дью, что вызывает характерный ти п коррозии, не свойственной дру гим средам. В растворах цианистого калия также образ уются ком плексные ионы, но в отличие от ам миака эта ср еда не вызывает кор розионного растрес кивания сплавов систем С u — А u и С u — Au , хотя она, подобн о царской вод ке, вызывает коррозию золота . Все остальные технически п ригодные ме таллы менее благород ны, чем водород. Из всех техниче ских металлов наименее благород ным яв ляется магний, в резул ьтате чего все легирующие компо ненты всегда более благородны, что и обусловливает сильн ую под верженность магниевых сплавов коррозионному растрескиванию Да же вода, являющаяся дл я магния активной коррозионной c редой , при наличии внутренних напряжений может вызвать коррози онное растрескивание маг ниевых сплавов. Поэтому использование таких сплавов в технике в значите льной степени ограничено. В ре зультате небольшой растворимости алюмин ия и цинка в магнии сплавы магния с этими компонентами пересыщены при ко мнатной температуре, вследствие чего всегда приходится решать вопрос о том, преобладает ли совершенно однородное состояние сплава или в сплаве имеются субмикроскопические выделения второй фазы, вызывающие коррози онное растрескивание. Однако исследования автора, проводимые с магниев ыми сплавами, содержащими при мерно 1 ат. % А1 и имеющими совершенно однород ную структуру, показали, что, несмотря на отсутствие выделений второй фа зы, про исходит коррозионное растрескивание сплавов. Более стойкими против к оррозионного растрескивания являются алюминиевые сплавы, особенно есл и они легированы менее благо родным элементом — магнием. Согласно общи м правилам, коррози онному растрескиванию подвержены только те алюм иниевые сплавы, которые содержат цинк и медь, а сплавы системы А1— Mg не растрескиваются даже в пер есыщенном состоянии, что неодно кратно п одтверждалось и сследованиями . Заключение Правильность изложе нных выше обобщенных гипотез, относя щихся к взаимодействию электрохим ических и механических факто ров, вызывающих хрупкое разрушение пласти чных металлов, под тверждается успешным применением их к различным сист емам сплавов. Новые представления о механизме и динамике процесса растр ескивания и о характере границ зерен и субструктурных гра ниц позволяют объяснить многие явления процесса более точно и подробно. Изложенный ме ханизм растрескивания подчеркивает не обходимость изучения различных систем сплавов с точки зрения изучения их структурных и электрохимичес ких свойств, которые влияют на возникновение локальных коррозионных ра зрушений, и изучения тех факторов, которые влияют на образование и разви тие трещины. Литература В основу р еферата был взят сборник статей зарубежных авторов: «Коррозионное раст рескивание и хрупкость» (1962г.) Список авторов и их статьи: 1 . D. K. Priest, F. H. Beck and M. G. F o n t a n a, Trans. ASM* 47, 473 (1955). 2 . A. Morris, Trans. AIME, 89, 256 (1930). 3 . C. Edeleanu, J. Inst. Metals, 80, 187 (1952). 4 . P. T. Gilbert and S. E. Madden, J. Inst. Metals, 77, 237 (1950). 5 . U. R. Evans, Symposium on Properties of Metallic Surfaces, p. 264, Inst. of Metals, London 1953. 6 . F. A. Champion, Symposium on Internal Stresses in Metals and Alloys p. 468, Inst. of Metals, London 1948. 7. H L. Logan, J. Research Natl. Bur. Standards, 48, 99 (1952). 8. G. R. Irwin and J. A. Kies, Welding J., 31, 95(1952); G. R. Irwin, Conference on Brittle Fracture Mechanics, p. 169, Natl. Research Council Rept., May, 17, 1954. 9 . W. D. Robertson, Trans. AIME, 188, 791 (1Q50). 10 . D. H. Thompson and A. W. T r a c y, J. Metals, 1, 100 (1942). 11 . R. D. Heidenreich, R. McNulty and R. C. Gerould, Trans. AIME, 166, 15 (1946). 12 . M. R. Pick us and E. R. Parker, J. Metals, 3, 792 (1951). S. Harper and A. H. Cottrell, Proc. Phys. Soc.. B63, 331 (1950). E. N. da C. Andrade and R. F. Y. Randall, Nature, 162, 890 (1948). J. W. Menter and Hall E. O., Nature, 165, 611 (1950). 13 . J. J. Harwood, Corrosion, 6, 249 (1950). 14 . F. D. Coffin and S. L. Simon, J. Appl. Phys., 24, 1333 (1953). 15 . A. H. Cottrell, Dislocations and Plastic Flow in Crystals, p. 55,. Oxford 1953.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- А помнишь, сколько снега в 2013 навалило?!
- Конечно. Мы ещё на лыжах картошку сажать ходили...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Коррозионное растрескивание металлов", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru