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

20—25%. Эффективность ЭШП стали 1 Х 1 2 Н 2 М В Ф Б А при испы­

гх—

носливости и характеризуют только ограниченную выносливость сталей. Н а р я д у с этим, кривые усталости в обычно применяемом интервале 1 X 10* — 1 х Ю 7 циклов нагружения не претерпевают перелома, характерного д л я испытаний сталей в жидкой коррозион­ ной среде. Б о л ь ш а я пологость кривых усталости обусловливает ши­ рокий диапазон изменения долговечности деталей при незначитель­ ном изменении величины циклических нагрузок. Повышение тем-

52

стали 2X13, обладающей в воздухе меньшим пределом усталости. Аналогичное снижение выносливости под действием влажного воздуха наблюдается при исследовании сталей 1 Х 1 2 Н 2 М В Ф Б А и 15Х16Н2М.

Обобщая полученные данные, можно заключить, что выносли­ вость сталей во влажном воздухе имеет коррозионпо-усталостную природу . Величина снижения выносливости определяется относи­ тельной агрессивностью влажного воздуха, структурным состоя­

и периодического смачивания коррозионной средой нагретых об­ разцов на коррозионпо-усталостную прочность нержавеющих и углеродистых сталей.

Мартенситные нержавеющие стали обладают хорошими упру­ гими свойствами и высокой прочностью при повышенных темпера­ турах . Однако свойства их могут меняться при повышенных температурах вследствие применения различной термической обра­ ботки. Учитывая, что данных о механической прочности при по­ вышенных температурах для этого класса сталей мало, нами было исследовано влияние термической обработки на усталостную проч­ ность при повышенных температурах некоторых нержавеющих мартенситных сталей. Результаты испытаний показали (рис. 25),

объясняется интенсификацией диффузионных процессов, обусловлеын й повышением температуры и механической активацией, ко­ торая приводит к более заметному разупрочнению стали. Перио­ дическое смачивание водой образцов, нагретых до 400° С, вызывает

ниже температура отпуска стали. При температуре отпуска 600° С в стали образуются упрочняющие фазы, по-видимому, оптимальной степени дисперсности, обусловливающие высокую циклическую прочность стали при комнатной температуре. С повышением

53

температуры испытания до 400° С выносливость стали уменьшается за счет коагуляции упрочняющих фаз до размеров, которые не могут оказывать должного сопротивления движению дислокаций. По имеющимся данным 116], при повышенных температурах ис­

определения коррозионной выносливости этих сталей при повышен­

валась вода. В случае периодического смачивания водой нагретых до 200° С образцов из стали 1Х12Н2МВФБА коррозионная среда более чем на 20% снижает их условный предел усталости (см. рис. 25). Дополнительное снижение предела усталости при смачивании нагретых образцов объясняется образованием в по­ верхностных слоях высоких напряжений, вызывающих образо­ вание трещин во всей периферийной области образца и разрушение при низких напряжениях (рис. 26). При температуре испытания

до 50 и 44 кГ'/мм2. Смачивание образцов, нагретых до 400° С, обу­ словило дополнительное снижение условного предела усталости

ных температурах в воздухе и с периодическим смачиванием во­

смачиванием водой образцы имеют хрупкий многолопастный излом в периферийной части в отличие от изломов образцов, полученных при высокотемпературном (400° С) испытании в воздухе.

Зона зарождения трещины в воздухе представляет собой ти­ пичную картину усталостного разрушения . Н а отдельных фасет­ ках просматриваются специфические для усталости металла бо­

ные низкой скоростью распространения трещины. В зоне распро­ странения трещины четко видны нарушения регулярности уста­ лостных бороздок (увеличение шага между ними), что свидетель­ ствует об ускорении развития трещин. На поверхности излома образцов, испытанных при температуре 400° С с периодическим смачиванием водой, вообще отсутствуют усталостные бороздки.

54

прикладываются механические нагрузки или нет, металл поверх­ ностных слоев образцов будет подвержен усталости вследствие резкого циклического изменения его температуры с большим гра­ диентом. К сожалению, на основании имеющихся данных еще нельзя оценить влияние термической усталости на выносливость

мического состава и структуры стали на ее коррозионно-механи- ческую прочность при повышенных температурах.

Установлено, что характер поражения поверхности металла точечной коррозией зависит от степени легирования и режимов термической обработки, в частности от температуры отпуска за­ каленной стали. Некоторые характерные коррозионные пораже­ ния нержавеющих сталей показаны па рис. 27. Сталь 2X13 наи­ более сильно из всех исследуемых сталей поражена точечной коррозией, что следует отнести за счет повышенного содержания углерода (0,22%). Выделившийся углерод при отпуске стали рас­ ходуется на образование карбидов, которые за счет собирательной диффузии хрома из близлежащих зон повышают гетерогенность структуры стали и тем самым увеличивают склонность ее к коррози­ онному поражению. Повышение степени легирования, особенно вве­ дение в состав стали молибдена, несколько снижает склонность стали к точечному поражению. Введение в сталь 1 Х 1 2 Н 2 М В Ф Б А сильно карбидообразугощих элементов, например ниобия, умень­ шает ее восприимчивость к коррозионному поражению, так как образование карбидов ниобия способствует удержанию хрома в твердом растворе. С увеличением содержания хрома до 16% по­ вышается коррозионная стойкость стали 15Х16Н2М.

Структура стали оказывает существенное влияние на изме­ нение коррозионной стойкости. Отпущенные стали при низкой тем­ пературе обладают высокой химической неоднородностью из-за выделения большого количества мелкодисперсных карбидов, ко­ торые увеличивают активную площадь микрогальванопар. Напри ­ мер, сталь 1Х12Н2ВМФ после закалки и отпуска при 570° С имеет сравнительно высокую степень поражения поверхности точечной коррозией в среде 3%-ного раствора NaCl. Повышение темпера­

Аналогичная картина наблюдается и для стали 1 Х 1 2 Н 2 М В Ф Б А . С повышением температуры отпуска с 600 до 700° С увеличивается сопротивляемость стали к коррозионному поражению. Оценка коррозионной стойкости по потере веса (табл. 9) согласуется с дан­ ными визуальных наблюдений.

58

Автором монографии совместно с В. С. Замиховским изучалась циклическая прочность стали 0Х18Н10Т при повышенных тем­ пературах и периодическом смачивании коррозиониой средой. Результаты исследования показали (рис. 28), что периодическое смачивание 3%-пым раствором NaCl нагретых до 250° С образцов

аммония, повышает предел выносливости стали в воздухе, а также условный предел при периодическом смачивании 3%-ным раство­ ром NaCl. Если сталь 0 Х 1 8 Н 1 0 Т при 250° С не имеет истинного предела выносливости, то для алитированных образцов кри­

ходимо отметить, что интенсивность снижения выносливости с изменением величины циклических н а п р я ж е н и й у сталей 20 и

59

носливость стальных изделий в воздухе достаточно подробно при­ ведено в литературе, в настоящей работе данные о пределе вынос­ ливости образцов с концентратором напряжений в воздухе будут

определенной остроты надреза, обеспечивающей максимальное сни­ жение усталостной прочности. Наименьший радиус надреза, соот­

нет единого мнения. А. И. Самохоцкий [180], А. В. Рябченков [177] и другие авторы указывали, что коррозионная среда успли-

60

вает действие концентратора напряжений . Такое представление основывалось на разности электродных потенциалов металла дна

на их выносливость в раз­ личных средах. Было пока­

зано, что влияние концентрации напряжений зависит от агрес­ сивности среды (табл. 11). Чем выше агрессивность среды, тем меньше влияние концентрации напряжений . При коррозионной

61

коррозионной среды за счет разъедания дна концентратора напря­ жений. Наличие острого концентратора приводит к существенному-

ной усталости в случае больших баз испытания может быть боль­ шим, чем у гладких образцов или образцов с плавным надрезом. При высоких амплитудах напряжений образцы с острым концент­ ратором напряжений имеют несколько меньшую выносливость. Поскольку влияние коррозионной среды на выносливость образ­ цов с концентраторами напряжений ослабевает с увеличением их диаметра, авторы работы [205] рекомендуют за характеристику работоспособности крупных деталей (диаметром 200—600 мм) с концентраторами напряжений принимать предел усталости с

Характер зависимости числа циклов до разрушения от ампли­ туды пластической деформации при малоцикловой усталости для образцов с концентратором напряжения в воздухе, коррозионной

62