Сорбционно-механические разрушения элементов оборудования

Усталостному разрушению

Влияние коррозионно-активной среды на сопротивление стали

Марка стали	Структура	Значение коэффициента влияния среды
Н20	Н20 + + 3%-ный NaCl	Насыщенный раствор H2S
40Х	Перлит + феррит Сорбит Троостит Мартенсит Поверхностная закалка ТВЧ (мартенсит) Перлит + феррит Сорбит Троостит Мартенсит	0,61 0,53 0,35 0,15   0,69 0,66 0,44 0,43 0,17	0,42 0,36 0,23 0,08   0,58 0,38 0,22 - -	0,37 0,32 0,22 0,05   0,56 - - - -

Изнашивание в средах, являющихся электролитами, представляет сочетание механического изнашивания с коррозией.

Известно, что механические свойства твердых тел при прочих равных условиях зависят от среды, в которой они находятся. Природа этого, весьма общего, физико-химического явления, открытого П.А. Ребиндером, состоит в следующем. Поверхностно-активные среды снижают поверхностное натяжение материала, не вызывая в нем необратимых изменений структуры. Местом избирательной адсорбции атомов или молекул активной среды служат дефекты структуры, к которым они проникают путем объемной или поверхностной диффузии. Разрушение твердого тела всегда сопровождается развитием новой свободной поверхности. Этот процесс может облегчаться или ускоряться, если свободная поверхностная энергия на границе твердого тела с окружающей средой, т.е. работа образования новой поверхности, снижается по сравнению с ее значением в вакууме. В присутствии поверхностно-активной среды облегчается возникновение и развитие пластических сдвигов и зародышевых трещин. В микромасштабе это означает, что взаимодействие с адсорбционно-активными молекулами или атомами помогает перестройке и разрыву связей в данном твердом теле.

П.А. Ребиндером с сотрудниками было изучено влияние типичных органических поверхностно-активных сред (растворов высокомолекулярных спиртов, кислот и их производных) на процессы деформации ряда поли- и монокристаллических металлов; в этих случаях даже при относительно небольшом снижении свободной поверхностной энергии, в результате адсорбционного эффекта, деформация облегчается; понижаются предел текучести и коэффициент упрочнения металла. При этом всегда наблюдается значительное изменение пачек скольжения и зеренной структуры.

Хотя первичным действием поверхностно-активной среды является пластифицирование металла, конечным результатом может оказаться значительное упрочнение поверхностных слоев вследствие намного большей, чем в отсутствие ПАВ, пластической деформации.

Следует различать два возможных случая влияния физически-активных сред на механические характеристики металла, а именно: влияние среды на металл до его деформирования и влияние среды в процессе деформирования. Среда сильно влияет на механические свойства металла, если она может проникнуть на значительную глубину внутрь металла через дефекты. Некоторые виды напряженного состояния, например, остаточные напряжения сжатия, препятствуют проникновению среды внутрь металла; в процессе деформирования дефекты развиваются, в силу чего проникновение среды внутрь металла облегчается. Поверхностно-активные среды не оказывают влияния на механические характеристики поликристаллических металлов при предварительном нахождении металла до нагружения в этой среде.

Эффект влияния поверхностно-активных сред на прочность и деформируемость металла, так называемый адсорбционный эффект снижения прочности и облегчения деформации, ярко проявляется при кратковременном либо длительном действии статических нагрузок на металлические монокристаллы. В этих случаях под влиянием поверхностно-активных сред снижается предел текучести почти вдвое, значительно увеличивается пластичность монокристаллов и число пачек скольжения.

При длительном действии статической нагрузки на металлические монокристаллы в поверхностно-активных средах увеличивается начальная скорость ползучести в 10-20, а иногда и в 100 раз. Увеличение общей деформации и скорости ползучести приводит к ускорению разрушения монокристаллов в поверхностно-активных средах. На рис. 5.4 показаны зависимости основных структурных и механических характеристик монокристаллов олова от концентрации добавок олеиновой кислоты, являющейся ПАВ, к вазелиновому

Рис. 5.4. Зависимости структурных и механических характеристик монокристаллов олова от концентрации С олеиновой кислоты в вазелиновом масле:

1 - толщина пачек Н; 2 - коэффициент упрочнения λ = dP/dε; 3 - предел текучести σ_т

маслу, являющемуся инертной средой. Из графиков видно, что все три эффекта действия адсорбирующихся веществ - понижение предела текучести, понижение коэффициента упрочнения и измельчение толщины пачек скольжения - имеют общий характер, что указывает на единый механизм. Основой этого является снижение поверхностной энергии при адсорбции и расклинивании дефектов типа микрощелей (эффект Ребиндера). Характерной особенностью эффекта Ребиндера является то, что он проявляется только при определенном напряженном состоянии; растяжение способствует его проявлению, а сжатие может полностью его прекратить. Сорбционно-активными средами являются расплавы ряда металлов.

Жидкие металлы оказывают влияние на прочность металлов в твердом состоянии сначала путем адсорбционного воздействия, а затем абсорбционного, т.е. диффузионного влияния, которое может привести к разупрочнению из-за растворения твердого металла, либо внедрения жидкого металла в твердый с образованием нового менее прочного сплава. Характерной особенностью диффузионного влияния на прочность металлов является развитие этого влияния с течением времени, тогда как адсорбционное влияние достигает максимума за короткое время. Например, под влиянием расплавленных металлических покрытий из олова, кадмия свинца и оловянисто-свинцовистых припоев прочность и главным образом пластичность стали, латуни, меди и алюминиевых сплавов снижается, что может вызывать излом элементов оборудования из этих материалов в подобных условиях.

Эти же покрытия в твердом состоянии (при комнатной температуре) практически не влияют на прочность и очень незначительно уменьшают пластичность покрываемых ими металлов.

Как видно из табл. 5.3 покрытия в твердом состоянии (при комнатной температуре) не влияют на предел прочности, но в некоторых случаях несколько снижают показатели пластичности (до 30 %). Расплавление покрытий вызывает снижение прочности стали ЗОХГСА и, особенно сильно, ее пластичности, например, расплавление кадмиевого покрытия привело к

Таблица 5.3

Дата добавления: 2014-01-04