книги из ГПНТБ / Немкевич, А. С. Конструирование и расчет печатающих механизмов-1

рицы, приводит к появлению коррозионных микроэлементов и усилению электрохимической гетерогенности поверхности сталь­ ного изделия.

Для изучения [125] микроэлектрохимической гетерогенности стали 20 с неметаллическими включениями типа А120 3, S i0 2, TiN и пластичными силикатами использовали микроэлектрохимическую методику. В электролите 0,009-н. H 2S 0 4 + 0,14% Н2О2 + + 0,0005% К 2Сг20 7 измеряли разности потенциалов поверхности нормализованной стали 20 вблизи неметаллических включений. Все включения оказались катодами по отношению к металли­ ческой матрице; в порядке убывания величины Дер их оказалось возможным расположить в ряд: А120 3, S i0 2, пластинные силикаты, TiN. В таком же порядке располагаются включения по увеличе­ нию удельного электрического сопротивления. Полупроводнико­ вые свойства включений позволили предложить вентильный ме­ ханизм возникновения коррозионной пары на включении в ме­ таллической матрице (рис. 70).

На границе включения и матрицы (рис. 71) отмечен большой градиент потенциала, обусловливающий большие плотности тока

[80

между включением и металлической матрицей (рис. 72), причем анизотропия свойств, вызванная прокаткой, подтверждает зависи­ мость Дер от концентрации напряжений около включений,

Расстояние от центра включениями

18}

и оказалась максимальной у образцов с пластичными включе­ ниями, растягиваемых вдоль и поперек направления прокатки.

Таким образом, увеличение электропроводности неметалли­ ческих включений и уменьшение при деформации электродного потенциала металла в их присутствии усиливают электрохимиче­ скую неоднородность стали.

Рассматривая скопление дислокаций у включения как «очаг плавления» (т. е. при нагружении ниже макроскопического пре­ дела текучести АР = т, см. гл.1), находим для среднего значе­

в этом явлении. Поэтому известные случаи понижения корро­ зионно-усталостной прочности стали при наличии твердых неме­ таллических включений, не объяснимые с позиций классической механики (разгрузка концентратора напряжений), получают про­ стое и естественное толкование с позиций теории механохимических явлений.

Коррозионные микроэлементы на линиях скольжения железа

В работе [123] была поставлена задача установить прямыми измерениями наличие разности потенциалов (микроэлектрохимическую гетерогенность) между точками поверхности пластически деформированного металла в области линий скольжения и вне ее. Исследование проводили по микроэлектрохимической методике с использованием установки ИНК-2, описанной в работе [126].

Изучали распределение потенциалов на поверхности шлифа армко-железа, подвергнутого электроннолучевому переплаву и отожженного при 920° С в вакууме в течение 2 ч, в растворе элект­

это было установлено поляризационными измерениями анодного растворения в данном электролите. Образец деформировали одно­ осным растяжением в пределах 0— 12%. После деформации на поверхности шлифа наблюдались отдельные линии скольжения и группы параллельных линий скольжения.

Были измерены потенциалы группы, состоявшей из нескольких параллельных линий скольжения (рис. 73). Поперечный размер группы (пачки) из 5—6 параллельных и близко расположенных линий скольжения (30—40мкм) более чем на порядок превосходил

\Щ

Рис. 73. Структура поверхности деформированного (е == 5% ) армко-же- леза. Стрелкой показаны точки измерения потенциалов. X 100

размер среза микроэлектрода (0,5— 1,0 мкм) и находился в пре­ делах его разрешающей способности.

Установленная в наших опытах деформационная микроэлектрохимическая гетерогенность области пачки линий скольжения (рис. 74) указывает на ускорение анодного растворения пласти­ чески деформируемого металла в активном состоянии: потенциал линий скольжения существенно отрицательнее потенциалу осталь­ ной поверхности металла; следовательно, .механохимическая ак­ тивность линий скольжения значительно выше активности взаимо­ действия с агрессивной средой ненарушенной поверхности металла.

С увеличением степени предварительной деформации образца разность потенциалов растет (рис. 75, пунктирная кривая), при­ чем в случае последовательных измерений на одном и том же об­ разце, деформируемом ступенями, увеличение разности потенциа­ лов меньше (сплошная кривая), что обусловлено большей .про­ должительностью пребывания образца в электролите. Действи­ тельно, характерной особенностью микроэлектрохимической ге­ терогенности линий скольжения является зависимость разности локальных потенциалов от времени (рис. 76). С увеличением вре­ мени разность потенциалов убывает вследствие постепенного рас­ творения активированного металла в области линий скольжения.

При изучении электрохимической гетерогенности в концентра­ торах напряжения наблюдалось [23, 127 ] постепенное увеличение разности потенциалов во времени вплоть до стабилизации, кото­ рое авторы объясняли различиями в формировании пассивационных пленок на деформированных и недеформированных участках концентратора. Однако в отличие от пассивного состояния дефор-

183

Д<р,мВ

различные зерна

, МН/м2( к г с /м м 2)

184

мационная миКроэлбктрохимическая гетерогенность активного мёталла с течением времени сглаживается, если металл находится в условиях статического нагружения.

Полученные результаты коррелируют с данными эксперимен­ тального изучения распределения искажений в зерне феррита путем измерения микротвердости в окрестности линий сколь­ жения [128]: с увеличением расстояния точки накола пирамидой от линии скольжения по нормали к ней величина микротвердости уменьшается по экспоненциальному закону (рис. 77). Это соот­ ветствует теоретическому предсказанию [6] характера изменений напряжений в направлении, нормальном к расположению плос­ ких скоплений дислокаций.

Вблизи плоских скоплений дислокаций, лежащих в плоскости сдвига, микротвердость резко возрастает. Отдых при 250° С в те­ чение 5 мин (кривая 3) привел к резкому снижению локальных

напряжений в этих областях и выравниванию напряженного со­ стояния в прилегающей части зерна, что соответствует разруше­ нию дислокационных скоплений при неизменном общем числе дислокаций, распределяющихся по объему более равномерно

впроцессе отдыха. Эти данные служат прямым экспериментальным подтверждением определяющей роли плоских скоплений дислока­ ций в концентрировании запасенной энергии деформации и повы­ шении локальной механоэлектрохимической активности металла

вобласти таких скоплений.

Локальный технологический наклеп при механической обработке стали

Механическая обработка поверхности, приводящая к локаль­ ному наклепу, влияет на химическое сопротивление и электрохи­ мические свойства стали.

Как было показано в работе [129], между высотой неровно­ стей на поверхности стали после токарной обработки и скоростью коррозии нет корреляции, поэтому авторы справедливо сделали вывод о том, что наклеп оказывает более значительное влияние, чем микрогеометрия поверхности.

Аналогичные результаты были получены [130] при измерении истинной поверхности профилографом после тонкой и грубой механической обработки поверхности металла наждачной бумагой

сразличным размером зерен (6—240 мкм): истинная поверхность увеличилась от 0,6 до 10%, а скорость коррозии сильно возрастала

сростом размера зерна, т. е. с увеличением степени.наклепа. Таким образом, увеличение истинной поверхности вследствие

шероховатости пластически деформированного металла дает не­ значительный вклад в механохимический эффект, который может на несколько порядков увеличить скорость химических процессов.

В работе [129] было установлено, что скорость коррозии стали в 3%-ном растворе серной кислоты уменьшается при переходе

185

от грубой механической обработки к более тонкой в следующей последовательности: грубая обработка резцом, пескоструйная обработка, обдувка дробью, обкатка роликами, шлифование, полировка бязевыми кругами, электролитическая полировка. Измерение электродных потенциалов в водопроводной воде пока­ зало, что более грубой обработке поверхности соответствует более отрицательное значение начального электродного потенци­ ала. В результате сопоставления зависимостей высоты микро­ неровностей и скорости коррозии стали в кислоте от скорости

о решающем влиянии наклепа поверхностного слоя на скорость коррозии, особенно при малых скоростях резания, и отсутствии заметного влияния шероховатости («истинной» поверхности).

В кислых средах (pH = 1) был обнаружен [130] линейный рост тока активного растворения чистого электролитического железа с увеличением размера зерна наждачной бумаги. После отжига различия в поведении по-разному обработанных образцов устранялись, что позволило сделать вывод о зависимости тока растворения и стационарного потенциала от степени наклепа, коррелирующей с размером зерна.

Аналогичная картина наблюдается при сравнении электро­ химического поведения в кислом хлоридиом электролите чистого кобальта (99,7%), предварительно подвергнутого электроили механической полировке [131]. Катодные поляризационные кри­ вые для обеих.обработок практически совпали (сдвиг в сторону положительных потенциалов составил 5 мВ при плотности тока 4 мА/см2), а анодная поляризация оказалась различной: сдвиг в сторону отрицательных потенциалов составил 50 мВ при плот­ ности анодного тока 4 мА/см2. Плотности токов растворения отли­ чались в несколько раз (до 10) при одинаковых уровнях потенци­ ала. При этом обнаружено, что фактор шероховатости (отношение

Для повышения коррозионной стойкости нашли практическое применение различные методы механической обработки. Так, в работе [133] сообщается о снижении остаточных растягиваю­ щих напряжений и повышении коррозионной стойкости образцов из аустенитной стали, изготовленных точением и шлифованием, после обкатки роликом. Аналогичные результаты получены при исследований [132 ] трех серий образцов прессовок алюминиевого сплава с нулевыми, сжимающими и растягивающими остаточными напряжениями: коррозионная стойкость образцов всех трех серий после дробеструйной обработки повысилась. Методом рент­ геновской дифрактоскопии установлено наличие поверхностного слоя, в котором дробеструйной обработкой уничтожаются все виды остаточных напряжений, созданных ранее.

186

Рис. 79. Мнкроэлектрохнмическая гетерогенность нормализованной стали 45 в электролите 0,01%-н. HCl-f 0,026% Н20 2: а — потенциал впадины; 6 —потенциал гребешка; / —5—различные режимы токарной обработки

Рис. 80. Распределение потенциалов по поверхности вдоль образующей цилиндрических образцов нормализованной стали 45:

а — силовое точение (В — впадина; Г — гребешок); б — шлифование после силового точения

Рис. 81. Локальные потенциалы гребешка и впадины на поверхности стали 45 после силового точения в 3%-ном растворе NaCI. Кривые полу­ чены методом изоляции составляющих:

/ — впадина; 2 — гребешок; 3 — шлифованная поверхность (эталон)

188.

«белого слоя», микроэлектрохИмическая Ге'героГеннос'гь может усиливаться (рис. 82, 83), хотя этот слой в ряде случаев мо­ жет выполнять защитные функции подобно несплошным катод­ ным покрытиям [95].

Анализ микроэлектрохимической гетерогенности поверхности стали после различной механической' обработки позволил опре* делить режимы обработки, оптимальные с точки зрения повыше­ ния коррозионной стойкости и упрочнения стали [134].

Для выяснения влияния остаточных напряжений после то* карной обработки на электрохимические свойства подвергали исследованию нержавеющую сталь 1Х18Н9Т [135].

Кольцеобразные образцы диаметром 47 мм и высотой 10 мм обрабатывали на станке Т135В с бесступенчатым регулированием чисел оборота шпинделя. Твердосплавный резец из сплава ВК8 имел следующие геометрические параметры режущей части а =

не превышала 0,15 мм. Скорость резания (м/мин) менялась в ши­ роком диапазоне; режим I—60; II—75; III—90; IV— 115 и V— 145.

Рис. 82. Потенциалы поверхности без белого слоя (/) и с белым слоем2(2) в незаполяризованной бинарной системе

189