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

стых и низколегированных сталей обычно используют методику их попеременного смачивания и высушивания на коррозионном колесе Гарднера. Попытки подвергнуть нержавеющие стали пред­ варительной коррозии при условии попеременного смачивания и

В связи с высокой коррозионной стойкостью нержавеющих сталей в морской воде двадцатикратное периодическое смачивание в 3%-ном водном растворе NaCl образцов, нагретых до 250—300° G,

нию влияния плотности тока и времени его пропускания на электро­ коррозию сталей и сплавов в 3%-ном водном растворе NaCl. Электрокоррозшо готовых образцов осуществляли в специально скон­ струированном приспособлении (рис. 11). Все образцы тщательно промывали авиационным бензином, затем протирали активиро ­

раз промывали авиационным бензином и этиловым спиртом. Обез­ жиренный образец 3 с покрытыми цапонлаком головками с по­

Коррозионные поражения фотографировали при одинаковом увеличении и сравнивали по диаметру язв и их плотности с кор­ розионными поражениями деталей, полученными в натурных усло­

20

Г Л А В А I I

В Л И Я Н И Е УСЛОВИЙ

НА Г Р У Ж Е Н И Я Н А УСТАЛОСТНУЮ

ИКОРРОЗИОШЮ-У СТАЛОСТН У ю

ПР О Ч Н О С Т Ь СТАЛЕЙ

1. Вид нагружения

Вид нагружения является существенным фактором, определяющим выносливость сталей. На основании опытных дан­ ных, полученных различными авторами при изучении влияния трех главных простых видов нагружений (изгиб, кручение, растя­ жение — сжатие) в условиях разной асимметрии цикла установ­ лено, что в воздухе или неактивной среде наименьшим пределом усталости обладают образцы, подвергаемые циклическому круче­ нию, а наибольшим — циклическому изгибу. Растяжение — сжа­ тие занимает промежуточное положение. Соотношение между пре­ делами выносливости, полученными при этих простых видах на­ г р у ж е н и я , во многом определяются свойствами материала. Так,

В работе [28] показано, что в коррозионной среде, имитирую­ щей морскую воду, с увеличением базы испытания отношение

22

т _ 1 с / с т _ 1 С - v 1, так как при большом времени воздействия кор­ розионной среды коррозионно-усталостное разрушение при обоих видах нагружения определяется преимущественно электрохими­ ческим фактором.

Учитывая, что при циклическом кручении образца выделяется больше тепла, чем при изгибе, авторы работы [104] предположили,

При коррозионной усталости (база 5 X 107 циклов) для отож­ женной стали 40Х отношение t__iC/CT_Ic= 1 вместо 0,5—0,6 в воз­ духе, т. е. циклическая прочность стали при кручении в корро­ зионной среде снижается значительно меньше, чем при изгибе.

не согласуются с многочисленными экспериментальными данными для других сталей [146]. В коррозионной среде существенного влияния вида нагружения не обнаружено. Анализ данных табл. 1 позволяет сделать вывод, что дл я оценки коррозионно-усталост- ной прочности при осевом цикле нагружения можно пользоваться

23

оаз испытания, когда прикладываемые напряжения невелики, а существенное снижение условных пределов коррозионной вынос­ ливости определяется главным образом электрохимическим фак­

проводились при симметричном цикле чистого изгиба вращаю­ щихся образцов на машинах МУИ-6000 с частотой нагружения 50 гц, и при симметричном цикле растяжения — сжатия на гидравличе­ ском пульсаторе ЦДМП-10 с частотой нагружения 20 гц. В обоих случаях образцы были полностью погружены в этот раствор, при­ чем обеспечивалось удовлетворительное перемешивание среды спе­

результаты могли быть отчасти вызваны разными частотами и

коррозионно-усталостную прочность, а при весьма длительном — снижает ее.

Полученные выводы о циклической прочности в воздухе в зави­ симости от вида нагружения не противоречат существующим иред-

24

ставлениям. В коррозионной среде выносливость при цикличе­

основную нагрузку при циклическом изгибе. При циклическом же

ние на амплитуду циклической деформации больше, чем в воздухе. Коррозионно-усталостные трещины при среднем растягивающем напряжении развиваются более интенсивно, чем при симметрич­

25

нагрева образцов при разных частотах нагружения они охлажда ­ лись струей воздуха.

Г. В. Карпенко [67], рассматривая влияние частоты с пози­ ций скорости периодической деформации при усталости, указывает на то, что увеличение частоты деформации усиливает упрочнение металла и снижает возможность его отдыха из-за малого времени цикла. Кроме того, увеличение частоты нагружения может при­ вести к повышению температуры детали, ускоряющей процесс отдыха. При малых базах испытания (меньше 106 циклов) с уве­ личением частоты нагружения выносливость сталей в воздухе уменьшается.

Снижение частоты циклического консольного изгиба образцов из осевой стали с 24 до 1,1 гц привело к небольшому уменьшению их долговечности и предела выносливости (с 25 до 23,5 кГ/мм") 1213].

Исследуя влияние частоты нагружения на изменение выносли­ вости нормализованной среднеуглеродистой стали в зависимости от температуры, Г. В. Карпенко, Е. И. Николин [129] установили, что в интервале температур 20—250° С изменение частоты нагру­ жения в пределах 25—160 гц не оказывает заметного в л и я н и я на характеристики выносливости как гладких образцов, так и об­ разцов с концентраторами напряжений . При повышении темпе­

сложно и объясняется, в основном, скоростным эффектом [67], влиянием частоты на суммарную деформацию и адиабатным эф­ фектом. Первый эффект проявляется в значительной степени при низких частотах и несуществен в случае высоких; второй и тре­

26

Влияние частоты приложения циклических нагрузок на вы­ носливость сталей в коррозионных средах проявляется значитель­ но больше, чем в воздухе.

В работах [26, 67, 219, 220, 253 и др ] было показано, что кор­ розионная выносливость сталей (в циклах) повышается с увеличе­ нием частоты нагружения . Так, при испытании низколегирован­ ных сталей в пресной воде с частотой 1450 и 5 цикл/мин разруше ­ ние наступает соответственно за 106 и 10s циклов.

Г. В. Карпенко [67] изучал коррозионцо-усталостную проч­ ность нормализованной стали 20Х при частоте циклического из­ гиба вращающихся образцов, равной 2,3 и 10 тысяч цикл/мин, и базе 2 X 106 циклов. Им установлено, что интенсивность корро- зионно-усталостного процесса увеличивается с увеличением ча­ стоты приложения нагрузки . Было высказано предположение, что для деталей, нагружаемых в коррозионной среде с различной ча­ стотой при весьма большом сроке их службы, можно ожидать меньшей прочности при высоких частотах.

Согласно [217], характер влияния частоты нагружения на кор­ розионную усталость зависит от того, в каких единицах измеря­ ется долговечность. Если измерение проводится во времени, то высокая частота может больше снижать несущую способность вследствие большего проявления механического фактора. В слу­ ч а е , если выносливость измерять в циклах, несущая способность увеличивается с повышением частоты.

указывают на повышение электрохимической неоднородности и более интенсивную коррозию металла с повышением частоты при­ ложения к нему нагрузки . Причем разность в величине электрод­ ных потенциалов, обусловленная различием частот, уменьшается с уменьшением уровня прикладываемых напряжений . Эти же ав­

деляется, в основном, двумя противоположно действующими фак­ торами: при снижении частоты нагружения время воздействия среды на циклически деформируемый металл увеличивается, а ин­

низкой, что обусловлено большей продолжительностью воздей­ ствия среды [197]. Уменьшение частоты нагружения сопровождает­ ся повышением выносливости образцов с концентраторами напря ­ жения в воздухе и значительным снижением в воде [67].

27

В л и я н ие частоты при коррозионной усталости стали 45 в за­ висимости от структурного состояния (отжиг и закалка с низким отпуском) исследовано Е. С. Николиным и Г. В. Карпенко 1129]. Испытания проводились на образцах диаметром 7,52 мм при чис­ том изгибе с вращением. Было установлено (рис. 14), что в коор­

ОI

области высоких амплитуд напряжений . Условный предел

закаленных образцов эта закономерность проявляется более четко (рис. 15). Из приведенных данных следует, что повышение интен­ сивности коррозионно-усталостного процесса при увеличении ча­ стоты деформации можно объяснить усилением активации метал­ ла, т. е. чем выше частота, тем сильнее влияние среды.

Н . Л . Позен [ 148 ] , исследуя усталостную прочность при растя­

28

трансформаторного масла (применявшегося для охлаждения об­ разца) водой. На основании исследования коррозионных пораже ­ ний, а также электрического напряжения, возникающего вокруг нагруженного в воде ультразвуком образца, автор приходит к вы­ воду, что возникающие электрические заряды, проходя через воду, вызывают ее разложение на водород и кислород, что, в свою очередь, способствует коррозионной усталости и возможно д а ж е паводороживанию.

В работе [117] сделана попытка установить взаимосвязь между влиянием активности коррозионной среды, в частности давления

3. Малоцикловая усталость

Малоцикловая усталость — процесс разрушения ме­ таллов при циклическом деформировании их в упруго-пластиче­ ской области с малой частотой (до нескольких десятков циклов в минуту). Обычно количество циклов до разрушения при малоцик­ ловой усталости не превышает 105 .

За последние годы интерес к такому виду разрушения значи­ тельно возрос в связи с необходимостью максимального облегче­ ния веса конструкции и аппаратов ограниченного срока эксплуа­ тации, что неизбежно связано с повышением рабочих напряжений, часто превышающих предел упругости металла. Малоцикловая усталость изучена значительно меньше, чем обычная (высокоча­ стотная) усталость, особенно в случае одновременного воздействия механических напряжений и рабочих сред. Этому вопросу по­ священы работы Г. В. Карпенко, А. Б . Куслицкого, В. И. Ткачева

идр. [106, 190—192].

Г.В. Карпенко и др. [71] исследовали влияние различных ти­ пов неметаллических включений (пластичных силикатов, глино­ зема, кремнезема и нитридов титана) на малоцикловую усталость

ниями и выявлены специальные стали с преимущественным пре­ обладанием одного из указанных типов неметаллических включе­ ний при практически постоянном химическом составе основного металла. Испытания проводились на образцах толщиной 2,5 мм при циклическом упруго-пластическом деформировании их в воз­

29