книги из ГПНТБ / Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения

разъеданием никель-кадмиевого покрытия . При более высоких ба­ зах испытания (более 2 X 107 циклов) покрытие разъедается на значительно больших участках и условный предел коррозионноусталостной прочности стали с покрытием уже не так суще­ ственно отличается от такого для стали без покрытия. Б ы л о ис­ следовано влияние никель-кадмиевого покрытия на выносливость

стали 1Х12Н2ВМФ . Образцы пе­ ред покрытием подвергались

N

с покрытием подвергались нагреву при температуре 325° С в те­ чение 1 ч д л я частичной десорбции водорода и увеличения сцепле­ ния слоя с основным металлом. Усталостные испытания (рис. 77)

два раза). Характерно, что к р и в а я коррозионной усталости в ис-

154

следуемом диапазоне 104 — 5 X 107 циклов нагружения не пре­

кости деталей, работающих до температуры 500° С, автором сов­

Д л я отожженной стали с никель-кадмиевым покрытием (рис. 78) влияние среды в случае усталостных испытаний как при комнат­ ной, так и при 400° С сказывается слабее. Закаленная и отпущен­ ная сталь с никель-кадмиевым покрытием имеет все же более вы­ сокие по абсолютным значениям пределы усталости и коррозион­ ной усталости, чем отожженная с никель-кадмиевым покрытием. Следовательно, никель-кадмиевое покрытие в сочетании с терми­ ческой обработкой стали, состоящей из закалки и отпуска по оп­ тимальным режимам, обеспечивает достаточно высокие значения коррозионной усталости стали как при комнатной, так и при по­ вышенной (400° С) температуре и может успешно применяться

впромышленности.

4.Цинкование

Гальваническое и горячее цинкование, а также кадмирование существенно повышают коррозионно-усталостную проч­ ность углеродистых сталей в пресной и соленой воде [227, 2281. При базе 2 — 5 X 107 циклов нагружения условный предел кор­ розионно-усталостной прочности для этих сталей составлял 80— 100% предела усталости в воздухе. Цинкование не оказало замет­ ного влияния на изменение предела усталости в воздухе (табл. 24). Менее существенное влияние цинкования и кадмирования на по­ вышение коррозионно-усталостной прочности было замечено для хромо-никелевой стали (Сг — 0,6%; № — 1,4%; С — 0,37%) [2321. Значительное повышение коррозионно-усталостной прочности об­ разцов из стали 45 в результате цинкования получено в [177] (рис. 79).

В работе [26] указывается, что, наряду с существенным повы­ шением коррозионно-усталостной прочности, цинкование как бы обусловливает существование в коррозионной среде истинного предела усталости или, по крайней мере, снижение величины циклических напряжений с увеличением базы испытания весьма незначительное.

155

из среднеуглеродистой стали, подвергнутых цинкованию, так ж е подтвердили высокую эффективность такого покрытия, однако ис­ тинного предела выносливости оцинкованных образцов в 3%-ном растворе NaCl при базе испытания

к5 X 107 циклов не было обнаружено.Шахтные канаты, работающие,

Повышение коррозионно-усталостной прочности канатной про­ волоки в синтетической морской воде применением цинкования показано в [199].

5. Комбинированные методы

Представляет интерес применение комбинированных методов повышения коррозионно-усталостной прочности деталей, заключающихся в совмещении поверхностного упрочнения закал -

156

в 3%-ном растворе NaCl. Предел усталости стали 45 в нормали ­

Весьма эффективным методом повышения коррозионно-уста­ лостной прочности резьбовых деталей является метод поверхност­ ного вибрационного наклепа резьбы особенно в сочетании с после­ дующим цинкованием [103] (табл. 25). К сожалению, данные ра­

ния в случае более длительных баз испытаний.

Без использования упрочняющей обработки и защитных по­ крытий эффективность применения легированных сталей с точки

ному металлу в зависимости от условий можно разделить на катод­ ные и анодные, т. е. способствующие его электрохимическому по­ ражению или защищающие основной металл от разрушения .

157

В л и я н ие гальванопокрытий на выносливость стали в воздухе в работах [98, 177] объясняется действием остаточных напряжений, возникающих в приповерхностном слое изделия в результате

в коррозионных средах. В случае покрытия этими металлами на уменьшение коррозиошю-усталостной прочности стали влияет так­

для повышения коррозиошю-усталостной прочности стали. Галь­ ванопокрытие кадмием дает меньший эффект защиты, так как кад­ мий только в некоторых коррозионных средах аноден по отноше­

повышения антифрикционных свойств, а также для защиты дета­ лей от действия серной кислоты и сернистого газа. Усталостная прочность стальных изделий со свинцовым покрытием изучена в

одного и того же порядка, что и хромирование (10—13%), приво­ дящее к появлению больших растягивающих напряжений. Из этих данных следует, что остаточные напряжения не являются единственным фактором, определяющим снижение усталостной прочности. По-видимому, снижение усталостной прочности стали под влиянием покрытий объясняется еще и сопутствующим техно­ логическому процессу наводороживанием стали.

О существенном влиянии наводороживания на снижение уста­ лостной прочности образцов с гальваническими покрытиями сви­ детельствует тот факт, что с увеличением толщины хромового по­ крытия в интервале 0,025—0,3 мм усталостная прочность образцов диаметром 10 мм снижается [268]. Если бы основное значение в

158

изменении усталостной прочности образцов имели бы только оста­ точные напряжения, то с увеличением толщины покрытия сни­

Кроме того, при гальваническом хромировании снижение уста­ лостной прочности тем выше, чем выше исходная прочность стали.

Гальванические покрытия оказывают существенное влияние на пластические свойства сталей. В работе [99 I установлено, что при испытании на перегиб стальной ленты с цинковым и хромовым по­ крытием ее пластичность резко снижается (до 2—10 раз) в зави­ симости от состава электролита и режимов электролиза. Отме­ чается также уменьшение числа перегибов стали после кадмирования, меднения и свинцевания. Изменение пластических свойств авторы работы [991 связывают с наводороживанием стали и са­ мого гальванического покрытия, а также с возникновением внут­ ренних напряжений. На наш взгляд, статические напряжения не должны существенно влиять на свойства стали за пределом теку­ чести. При осаждении на сталь никелевых покрытий количество перегибов, выдерживаемых образцами, также уменьшается (204]. На снижение пластичности в этом случае большое влияние ока­ зывает хрупкость покрытия.

В работе [124] показано, что при нанесении гальванических покрытий (цинк, кадмий и т. д.) предел упругости а0 ,оо2 пружин­ ных сталей 65Г и У8А толщиной 0,25 мм резко снижается (с 107

159

Г Л А В А V I I I

К Р А Т К И Е С В Е Д Е Н И Я О МЕТОДАХ П О В Ы Ш Е Н И Я

КОРРОЗИОННО - УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ Б Е З И З М Е Н Е Н И Я И Х С Т Р У К Т У Р Ы

Все рассмотренные до сих пор методы повышения со­ противления сталей одновременному воздействию коррозионных сред и циклических напряжений были основаны на изменении структурно-напряженного состояния металла в объеме или в по­ верхностных слоях изделия (термическая, термомеханическая, механическая обработки, рафинирование, легирование, пластиче­ ская деформация, диффузионное насыщение, нанесение гальвани­ ческих покрытий и т. п.).

Необходимо, правда, отметить, что при определенных методах и режимах электрохимической защиты возможно наводорожива-

1.Лакокрасочные

иэмалевые покрытия

Неметаллические покрытия являются наиболее рас­ пространенным видом покрытий. К ним относятся различные кра­ ски, лаки, грунтовки, эмали, полимерные покрытия и т. д. Меха­ низм защиты деталей от коррозионного поражения с помощью неметаллических покрытий в подавляющем большинстве основан на изоляции металла от коррозионной среды. Несмотря на чрез­ вычайно большее распространение неметаллических покрытий, их влияние на коррозионно-усталостную прочность сталей практи­ чески не изучено. Рассмотрим кратко отдельные эксперименталь­ ные данные, приведенные в литературе.

Попытки использовать лаки и краски для борьбы с коррозион­ ной усталостью были сделаны сравнительно давно, однако благо­ даря невысокой механической прочности и стойкости покрытий эффект был невелик [231, 247, 254, 260].

В работе [33] исследована эффективность использования баке­ литового лака, полиэтилена, асбовинила, этинолевого лака для защиты от коррозионно-усталостного разрушения сталей в 3%-ном

растворе NaCl. Указанные покрытия наносились несколькими слоями с промежуточной сушкой, а полиэтилен — методом горя­ чего распыления. Общая толщина защитных слоев составляла 0,1 —

высокой адгезией, пластичностью и другими ценными свойствами, тормозит выход дислокаций на поверхность деформируемого об­ разца и тем самым создает условия для равномерного скопления дислокаций у поверхности. Поэтому положительное влияние наи­ ритовых покрытий заключается не только в защите от окисления ювенильных поверхностей циклически деформируемого металла, но и в том, что при совместном действии с окисной поверхностной

нанесения этих покрытий показали, что в воздухе и 3%-ном рас­

162

тельно полиэтиленовое покрытие сказывается на долговечности

объяснить торможением выхода дислокаций при наличии плотной поверхностной пленки [53]. В коррозионной среде (3%-ный рас­ твор NaCl) эти покрытия существенно влияют на прочность цикли­ чески деформируемой стали. Влияние особенно отчетливо прояв­ ляется при высоких амплитудах напряжений и малом числе цик­ лов нагружения . Исследования показали (рис. 82), что при базе около 1 — 2 X 107 циклов самое лучшее защитное действие ока­ зывает покрытие из лака 302. В этом случае условный предел кор­ розионной усталости стали с лаком 302 в два раза выше, чем без

163