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

Соответственно поляризационный потенциал в пределах одно­ родных участков подчиняется уравнению

(326)

Рассмотрим вначале одну границу: сварной шов—металл.

Принимая в первом приближении ступенчатый характер функции

Отсюда видно, что даже при однородном распределении на­ чального потенциала отдельно в пределах шва и основного ме­ талла распределение поляризующего тока существенно неодно­ родно и претерпевает разрыв: анодный ток достигает максимума

вают многочисленные наблюдения, локализуется именно в этом месте.

При рассмотрении сварного шва в целом (две границы кон­ такта шва с основным металлом) или при изучении электрохими­ ческой гетерогенности, обусловленной несколькими сварными соединениями, расположенными вдоль трубопровода, распреде­ ление поляризации получают суперпозицией выражений (327) и

ного соединения на рис. 94 и 95 показано распределение локаль­ ного электродного потенциала поперек сварного шва на поверх­ ности пришовной зоны стали 1Х17Н2, сваренной встык электро­ дом марки основного металла на минимальной и максимальной погонной энергии соответственно 1,76 кДж/см (420 кал/см) при движении электрода со скоростью 5 м/ч под током 90 А и

18,5 кДж/см (4400 кал/см) при 10 м/ч и 300 А.

Перед измерениями поверхность полировали и травили для выявления зон термического влияния (з. т. в.) обычным способом, принятым в металлографии.

В интересующую точку з. т. в. наносили каплю электролита (0,1-н. раствор НС1) и с помощью микрокапиллярного шупа вы­ сокоомным вольтметром измеряли (совместно с В. Е. Шестопа­ ловым) электродный потенциал.

Напряженное состояние поверхности сварного соединения оценивали путем замера микротвердости прибором ПМТ-3 с на­ грузкой на индентор 1Н (100 гс). Измерения проводили перпен­ дикулярно шву с шагом 0,14 мм „в зоне шва, зоне термического

220

Рис. 94. Электрохимическая и механическая гетерогенность сварного со­

единения стали 1Х17Н2. Энергия сварки q/v 1,76 кДж/см (420 кал/см). Цифры вверху — остаточные напряжения II рода

Рис. 95. Электрохимическая и механическая гетерогенность сварного соединения стали IX17H2. Энергия сварки q/v 18,5 кДж/см (4400 кал/см). Цифры вверху — остаточные напряжения II рода

влияния и основного металла. Результаты подвергали статисти­ ческой обработке.

Остаточные микронапряжения II рода определяли (в лабора­ тории Г. М. Воробьева) по относительным величинам микроиска­ жений решетки путем локального рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-1 в хромовом излучении. Анализу подвергали участки вдоль перпендикулярной шву линии с шагом, равным

1 мм.

Как видно из рисунков распределение величины уменьше­ ния локального потенциала (относительно потенциала металла, не затронутого сваркой) вдоль расстояния, отсчитываемого перпен-

221

ДикуЛярйо шву от его оси, прохо­ дит через максимум около границы шва. Величина разблагораживания потенциала при обоих значе­ ниях погонной энергии сварки приблизительно одинакова, но при максимальной погонной энергии распределение потенциала вдоль зоны термического влияния имеет более растянутый максимум, тогда как при минимальной погонной энергии максимум концентрирует­ ся вблизи границы шва.

Корреляция между распреде­ лениями значений микротвердо­ сти, остаточных микронапряжений и потенциала указывает в основ­ ном на механохимическую при­ роду формирования электрохими­ ческой гетерогенности вследствие остаточных напряжений, вызван­ ных термопластическими дефор­

мациями (в данном случае структурные превращения, по-видимо­ му, не оказали заметного влияния, так как распад мартенсита при нагреве должен был бы вызвать противоположное изменение микротвердости).

В коррозионном процессе участки с максимальными напряже­ ниями будут работать активными анодами и могут быть центрами развития коррозионного растрескивания, или ножевой коррозии, а участки с минимумом напряжений будут работать катодами и защищаться вследствие растворения анодных участков. При этом следует ожидать концентрации коррозионного разрушения вблизи границы шва для малой погонной энергии. Напротив, в случае высокой погонной энергии сварки происходит сглаживание элект­ рохимической гетерогенности, что приводит к увеличению инку­ бационного периода коррозионного растрескивания или ножевой коррозии.

На основании результатов исследования электрохимической гетерогенности можно было ожидать, что участки сварного со­ единения, имеющие максимум отрицательного сдвига потенциала (участки зоны шва и пришовной зоны), будут иметь более низ­ кую анодную поляризуемость по сравнению с участками, имею­ щими минимум разблагораживания (основной металл, не затро­ нутый сваркой).

Проведенные исследования подтвердили это предположение. Анодные поляризационные кривые локальных участков ме­ талла снимали с помощью специальной прижимнойя чейки, поз­ воляющей выделить ограниченную площадь поверхности для поля­

222

ризационных потенциостатических измерений в 0,1-н. рас­ творе НС1.

Как видно из рис. 96, анодная поляризационная кривая для участка с максимумом напряжений значительно отличается от кривой для основного металла, не затронутого сваркой.

Участок, кривой, соответствующей области активного рас­ творения, сдвинут параллельным переносом в сторону отрица­ тельных значений потенциалов на величину до 70 мВ; область пас­

на порядок.

Столь значительный сдвиг потенциала анодного нарушения пассивного состояния (потенциала «пробоя») в сторону отрица­ тельных значений для пришовной области ведет к особой опасности локального нарушения пассивности в тех коррозионных средах, где нержавеющая сталь при отсутствии напряжений находится в устойчивом пассивном состоянии, с образованием условий для усиленной локальной коррозии (в том числе коррозионного рас­ трескивания) при наличии коррозионных гальванопар на поверх­ ности сварного соединения типа активная пришовная зона— пас­ сивная остальная поверхность.

Подбор режима сварки или последующей термической обра­ ботки, направленный на сглаживание электрохимической гете­ рогенности, является эффективным средством повышения корро­ зионной стойкости сварного соединения.

Возникновение электрохимической неоднородности сварного соединения в значительной степени зависит от материала свароч­ ных электродов и, в частности, от материала покрытия электрода. При этом возникающая электрохимическая неоднородность может быть обусловлена не только изменением химического состава стали, но и связанным с ним изменением структуры и физико­ механического состояния металла в результате действия малых добавок примесей.

Для выяснения влияния материала покрытия сварочных элек­ тродов была исследована (совместно с А. С. Мацкевич) электро­ химическая гетерогенность сварных соединений стали 20, выпол­ ненных электродами марки УОНИ 13/45 и АНОД (с фтористо­ кальциевым покрытием) и МР-3 и АНО-4 (с рутиловым покрытием).

Микроэлектрохимические измерения проводили в электро­ лите, состав которого указан на с. 182. Для оценки влияния тер­ мической обработки образцы подвергали также низкотемпера­ турному (680° С) и полному (920° С) отжигу. Установлено, что потенциал шва по отношению к основному металлу в случае сварки электродами с фтористокальциевым покрытием более отрицателен и достигает 60 мВ. В случае же сварки электродами с рутиловым покрытием разность потенциалов имеет противо­ положный знак и достигает 40 мВ. Отжиг практически выравни­ вал распределение потенциалов в обоих случаях. Распределение

223

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

8.Д e x т я p И. Я., C a x a p о в а С. Г. — В кн.: Исследование энергетиче­ ского спектра электронов в металлах. Киев, «Наукова думка», 1965, с. 40— 49 с ил.

9.Л а н д а у Л. Д ., Л и ф ш и ц Е. М. Теоретическая физика. Механика сплош­ ных срёд. М.', Гостехтеориздат, 1954. 795 с. с ил.; Статистическая физика. М., «Наука», 1964. 567 с. с ил.

10.Ж а р к о в В. Н ., К а л и н и и В. А. Уравнения состояния твердых тел

при высоких давлениях и температурах. М., «Наука», 1968. 311 с.

с ил.

11.Р у с а н о в А. И. Фазовые равновесия -и поверхностные явления. Л., «Хи­ мия», 1967. 388 с. с ил.

14.T i t c h e n e r A . , B e v e r M . — «Progress in Metal Physics», 1958, v. 7, p. 247—338.

15.О с и п о в К- А. Некоторые активируемые процессы в металлах и сплавах.

21.Ф р а н ц е в и ч И . Н . , В о й т о в и ч Р. Ф., Л а в р е н к о В. А. Высоко­ температурное окисление металлов и сплавов. Киев, Гостехиздат УССР,

22.Т о м а ш о в Н. Д ., Т и т о в В. А. — В кн.: Коррозия металлов. М., Оборонгиз, 1955, с. 26—51 с, ил.

с ил.

27.Г у т м а н Э. М. — «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности»,

с англ. М., «Металлургия», 1965, с. 340—367 с ил. ■

37.X и р с Д ., П а у н д Г. — В кн.: Элементарные процессы роста кристаллов. Пер. с англ. М., ИЛ, 1959, с. 217—228 с ил.

38.Ш ь ю м о н П. Диффузия в твердых телах. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1966. 195 с. с ил.

39.Твердые тела под высоким давлением. Сб. Пер. с англ. М., «Мир», 1966.

сангл. М., «Металлургия», 1967, с. 225—254 с ил.

44.Э в а и с Ю. Р. Коррозия и окисление металлов. М.,Машгиз, 1962. 856 с. с ил.

45.Р о з е и ф е л ь д И. Л. Коррозия и защита металлов. М., «Металлургия», 1970. 448 с. с ил.

48.H а б a p p о Ф. P., Б а з и н с к и й 3. С., X о л т Д. Б. Пластичность чи­ стых монокристаллов. М., «Металлургия», 1967. 214 с. с ил.

226

с ил.

84.Кинетика электродных процессов. М., Изд-во МГУ, 1952. 319 с. с ил. Авт.: А. Н. Фрумкин, В. С. Багоцкий, 3. А. Иофа, Б. Н. Кабанов.

с ил.

88.S w a n n Р. R. — «Corrosion», 1963, v. 19, р. 102—112.

89.Исследование поверхности материалов методом экзоэлектронной эмиссии. Сб. Свердловск, изд. УПИ, 1969.

96.Л е в и и И. А. — В кн.: Коррозия металлов и методы борьбы с нею. М., Оборонгиз, 1955, с. 123—154 с ил.

228