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

фузионного слоя уменьшается при прочих равных условиях. С уве­

Исследование стали МСт2, хромированной различными мето­ дами с образованием одинаковой для каждого диаметра суммарной толщины карбидной и переходной зон, показало, что наименьшей выносливостью обладает сталь после газового неконтактного и парофазового хромирования. Наибольшее количество циклов до разрушения наблюдается после газового контактного хромирова­ ния. При этом методе хромирования образуется обезуглероженная зона самой большой толщины, что, вероятно, повышает пла-

32

Диффузионное хромирование высокоуглеродистой стали резко снижает ее выносливость в связи с образованием сплошной зоны хрупких карбидов хрома на поверхности. С увеличением времени насыщения, несмотря на рост карбидной зоны, пластичность стали повышается. В этом случае, по-видимому, сказывается влияние более пластичных переходной и обезуглероженной зон, суммарная толщина которых сравнительно велика.

Изделия из диффузионно-хромированных малоуглеродистых сталей предназначаются обычно для эксплуатации в сильно аг­ рессивных средах. В связи с этим весьма важным представляется вопрос о влиянии агрессивных коррозионных сред на выносли­ вость диффузионно-хромированных сталей при упруго-пластиче­ ских деформациях. Б ы л а исследована выносливость стали при повторных статических нагрузках за пределом текучести в 53%-ном растворе серной кислоты, отличающимся наиболее вы­

0,04 мм обеспечивается практически полная защита стали от по­ тери пластичности под действием коррозионной среды.

Известно, что сталь теряет пластические свойства (особенно при кратковременной коррозии в серной кислоте) не в результате анодных процессов, т. е. коррозионного разрушения анодных участков, а только вследствие насыщения водородом и водород­ ного охрупчивания при катодном процессе [67]. Таким образом, повышение выносливости хромированной стали при упруго-пла­

дороженнбй хромированной стали при повторном статическом на­ гружении ее за пределом текучести. У нехромированной стали наводороживаяие вызвало резкое снижение выносливости — от 60 до 150% для образцов диаметром 1 и 2,5 мм соответственно. Диф­ фузионное газовое контактное хромирование практически пол­ ностью защищает сталь от потери пластичности при наводороживании. Это можно, по-видимому, объяснить способностью хрома

затруднять диффузию водорода в сталь. Так же, как и газовое контактное хромирование, диффузионное хромирование другими методами успешно защищает сталь МСт2 от потери пластичности при испытании в 53%-ном растворе серной кислоты и после наводороживания. Аналогично защитное действие диффузионного слоя на сталях с различным содержанием углерода, подвергнутых га­ зовому контактному хромированию по различным режимам.

Результаты исследований малоцикловой усталости образцов толщиной 2 мм из стали 09КП показали (табл. 2), что при дефор-

жает выносливость стали почти в 3 раза, т. е. больше, чем для отожженной стали ШХ15 [192]. В наводороживающей среде коли­ чество циклов до разрушения уменьшилось больше чем в 6 раз.

Влияние жидкостного алитирования [3] как метода повыше­ ния коррозионной стойкости на изменение пластичности малоцик­ ловой усталости было исследовано на стали 08КП . Перед алитированием образцы химически обезжиривали в щелочном растворе

и восстановление окислов на поверхности осуществлялись в про­ ходной печи с атмосферой диссоциированного аммиака при тем­

виях, либо применялось принудительное охлаждение воздухом.

Введение кремния в расплав алюминия уменьшает толщину интерметаллидного слоя с 20—25 до 2—10 мк и изменяет его структуру. При алитировании без добавок кремния покрытие со­ стоит из верхнего (чистый алюминий) и нижнего (интерметалли-

34

ды) слоев, имеющих характерное языкообразное строение, пред­ ставляющее собой согласно рентгеноструктурному анализу фазу F e 2 A l 5 . При алитировании стали из расплава, содержащего 6—7% кремния, покрытие получается многофазным. Под поверхностным слоем а-твердого раствора кремния и алюминия располагается несколько тонких равномерных слоев интерметаллических соеди­ нений. Рентгеноструктурным анализом установлено, что в покры ­ тии имеются фазы Fe 2 Al B ; FeAl3 ; FeSi. Такое строение слоя интерметаллидов оказало, очевидно, благоприятное влияние на поведе­ ние алюминированной стали при пластической деформации.

Алитирование несущественно увеличивает выносливость ста­ ли при малоцикловой усталости в воздухе, но оказалось эффектив­ ным методом повышения выносливости в коррозионной среде, осо­ бенно при наводороживании. Уменьшение толщины интерметал-

Таким образом, некоторые диффузионные покрытия могут слу­ жить эффективным средством повышения выносливости сталей при малоцикловой усталости в коррозионных и наводороживаю - щих средах.

3*

Г Л А В А III

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ, ФОРМЫ, СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦОВ НА ИХ КОРРОЗИОННО-УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

1.Структура сталей

Влияние структурного состояния образцов на их кор ­

розионную усталость при комнатной температуре исследовали Л . А. Гликман, А. В. Рябченков, Г. В. Карпенко, В. Т. Степуренко и др.

Подробно влияние термической обработки на коррозионноусталостную прочность стали 45 при комнатной температуре ис­ следовалось в работах [67, 187]. В них показано, что углеродистые стали с мартенситной структурой обладают весьма высокой чув­ ствительностью при циклическом нагружении к влиянию корро­

в абсолютных величинах условного предела коррозионной уста­ лости сталей с разным структурным состоянием уменьшается. Таким образом, использование закалки с последующим отпуском не дает заметных преимуществ при коррозионной усталости по сравнению с отожженой или нормализованной сталью при дли­ тельной эксплуатации, а применение сталей с мартенситной струк­ турой может привести к катастрофическому снижению несущей способности сталей в коррозионных средах в 20 и более раз.

Выносливость стали, судя по данным табл. 3, заметно умень­ шается с увеличением агрессивности среды, что подтверждается исследованиями Г. В. Карпенко для сталей 20Х, 45, Ш Х 1 5 после различной термообработки [67]. Он показал, что увеличение пре­ дела прочности стали приводит к повышению ее выносливости в воздухе, особенно для малопрочных сталей, и значительно мень­ ше влияет на их коррозионно-усталостную прочность. Таким об­ разом, установленная зависимость между пределами прочности и выносливости в воздухе не наблюдается при коррозионной уста­ лости. Во многих случаях дешевые низкопрочные стали в корро-

3 6

зионной среде работают лучше, чем высокопрочные и легирован­ ные стали.

ной среды к образцу предусматривала наличие трущихся о ра­ бочую поверхность образца резиновых сальников, которые, ка к будет показано ниже, резко снижают коррозионно-уеталостную прочность и нивелируют при этом влияние структурного состоя­ ния . Кроме того, база 5 X 10е циклов явно недостаточна для определения коррозионно-усталостных характеристик .

Деформационное старение, сущность которого заключается в пластическом деформировании скручиванием закаленной низко - отпущенной стали с последующим старением, повышает усталост­ ную прочность стали 40Х при чистом изгибе в воздухе, увеличи­ вает время до разрушения в области высоких амплитуд деформа­ ции в коррозионной среде и, не зависимо от степени деформации при старении (от 0 до 4%), не оказывает в л и я н и я на условный пре ­ дел коррозионно-усталостной прочности этой стали при базе 5 X X 107 циклов н а г р у ж е н и я [125]. Некоторый эффект повышения

37

ограниченной выносливости у стали, подверженной деформацион­ ному старению, объясняется превалирующим влиянием механиче­ ского фактора, так как электрохимический фактор не успевает еще проявиться. Поскольку деформация при старении проводилась скручиванием цилиндрических стержней, т. е. имел место градиент деформации по сечению, то, очевидно, возникали определенные остаточные н а п р я ж е н и я , роль которых не была учтена в изменении

заготовок или у ж е готовых образцов с целью диспергирования суб­ микроструктуры приводит к существенному снижению их усталост­ ной прочности в воздухе и не оказывает влияния на условный предел коррозионно-усталостной прочности при чистом изгибе с вращением [128]. Вода резко уменьшает влияние на усталост­

В отношении в л и я н и я легирующих элементов, в частности уг­

[26]. Тенденция к повышению условного предела коррозионной выносливости с увеличением углерода в углеродистой стали наблю­ дается и после их прокатки .

Результаты исследований [82], проведенных на образцах диа­ метром 5 мм при чистом изгибе их в 3%-ном растворе NaCl, также

38

но-усталостную прочность углеродистых сталей можно объяснить, по-видимому, уменынени-

Процесс коррозионной усталости металлов сопровождается смещением общего электродного потенциала в сторону отрицатель­ ных значений, причем интенсивность смещения зависит от уровня приложенных напряжений, прочности и химического состава

39