5.2 Коррозионное растрескивание.

Одним из наиболее опасных видов коррозионного разрушения металлов является коррозионное растрескивание, т. е. растрескивание при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений. Оно происходит вследствие усиления процесса коррозии, локализованного на узких участках поверхности металлов при коррозии под напряжением.

Для коррозионного растрескивания характерны следующие особенности:

– хрупкий характер трещин;

– направление трещин перпендикулярно растягивающим напряжениям;

– образование межкристаллитных, транскристаллитных или смешанных трещин с разветвлениями;

– зависимость времени до растрескивания от уровня извне приложенных растягивающих напряжений.

Коррозионному растрескиванию подвергаются стали, алюминиевые, магниевые, медные, титановые, никелевые и другие сплавы под воздействием не всех, а только специфических коррозионных сред.

Процесс развития трещин при коррозии под напряжением состоит из трех периодов (Н. Д. Томашов):

1 – инкубационный – постепенное образование на поверхности металла первичной трещины;

2 – развитие коррозионной трещины;

3 – конечное лавинообразное разрушение.

Для большинства сплавов время развития трещины на первой стадии составляет более 85% от общего времени растрескивания. Считается, что процесс коррозионного растрескивания имеет электрохимическую природу и связан с работой коррозионных элементов, возникающих вследствие:

1) Неравномерного распределения растягивающих напряжений: концентратор напряжения работает анодом, а остальная поверхность – катодом;

2) Местного механического нарушения защитной пленки: металл в местах нарушения защитной пленки работает анодом, а поверхность металла, покрытия пленкой – катодом;

3) Ускорения распада перенасыщенных твердых растворов под действием местных растягивающих напряжений: выпадающая избыточная фаза работает анодом по отношению к остальной поверхности металла.

Образование трещин при коррозии под напряжением происходит только при наличии следующих условий:

1 – Если приложенные растягивающие напряжения распределяются неравномерно.

2 – Если коррозионная среда обеспечивает увеличение скорости коррозии при приложении растягивающих напряжений и способствует локализации анодного процесса.

3 – Возможность образования коррозионных трещин при данном растягивающем напряжении определяется соотношением скоростей коррозии в месте концентратора напряжений k₁ и на остальной поверхности – k₂. Коррозионная трещина может образовываться только в тех случаях, если k₁ > k₂. Скорость развития коррозионной трещины определяется разностью скоростей коррозии k₁ – k₂.

На основании этих положений установлено, что зависимость времени до растрескивания t от величины извне приложенных растягивающих напряжений s описывается уравнением

, где (5.1)

k – константа;

s_кр – критическое или пороговое напряжение, ниже которого сплав в данной коррозионной среде не обнаруживает коррозионного растрескивания.

Из уравнения (5.1) следует, что с увеличением напряжений время до растрескивания сплава уменьшается.

Рис. 5.1 – Кривая коррозионного растрескивания

Графическое изображение зависимости времени до растрескивания от уровня растягивающих напряжений в координатах s – t представляет собой гиперболу, смещенную по оси s на величину s_кр.

На величину критического напряжения, которое является количественной характеристикой сопротивления сплава коррозионному растрескиванию, влияют состав коррозионной среды, химический и фазовый состав сплава, характер и величина внутренних напряжений, неравномерность распределения растягивающих напряжений.