Коррозионное изнашивание. Показатели скорости коррозии. Методические указания к практическим занятиям по дисциплинам «Трение и износ в бытовой технике

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра механики пластического деформирования

КОРРОЗИОННОЕ ИЗНАШИВАНИЕ:

ПОКАЗАТЕЛИ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплинам

«Трение и износ в бытовой технике» и «Старение и износ бытовой техники»

Составитель Н.В. Тарасова

Липецк Липецкий государственный технический университет

2013

2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра механики пластического деформирования

КОРРОЗИОННОЕ ИЗНАШИВАНИЕ:

ПОКАЗАТЕЛИ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплинам

«Трение и износ в бытовой технике» и «Старение и износ бытовой техники»

Составитель Н.В. Тарасова

“___” ________ 2013 г.

Липецк Липецкий государственный технический университет

2013

3

УДК 541.13(07) Т 191

Рецензент – кандидат химических наук, доцент С.Н. Салтыков

Тарасова, Н.В.

Т 191 Коррозионное изнашивание: показатели скорости коррозии

[Текст]: методические указания к практическим занятиям по дисци-

плинам «Трение и износ в бытовой технике» и «Старение и износ бы-

товой техники» / сост.: Н.В. Тарасова. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. –

26 с.

Методические указания предназначены для студентов направления под-

готовки «Сервис». Содержат краткие теоретические сведения о показателях скорости коррозии и графических методах расчета коррозионного процесса, а

также типовые задачи с решениями и практические расчетные задания.

Табл. 13. Рис. 5. Библиогр.: 5 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013

4

Цель изучения темы «Коррозионное изнашивание: показатели скорости коррозии» – рассмотреть взаимосвязь различных показателей скорости коррозии и освоить методику графического анализа коррозионного процесса.

Изучив данную тему, студент должен:

– знать принципы расчета показателей коррозии: токового, глубинного,

объемного, механического; процесс изменения массы и электросопротивления;

– уметь оценить интенсивность коррозионного процесса, используя ре-

зультаты аналитического и графического анализа;

– владеть навыками оценки коррозионной стойкости материала к межкристаллитной и равномерной коррозии.

Методические рекомендации

1. Показатели скорости коррозии

Скорость коррозии может быть определена по изучению зависимости из-

менения какого-либо показателя процесса во времени. Истинная, или мгновенная, дифференциальная скорость коррозии в момент времени τ1 равна первой производной от величины показателя (y) от времени, т.е. dy/dτ при τ = τ1. Чаще на практике определяют среднюю интегральную скорость процесса во времени,

т.е. ∆y/∆τ. Для оценки скорости коррозии используют следующие показатели:

– глубинный показатель (КП, мм/год) – глубина коррозионного разрушения металла или толщина образующейся на металле пленки продуктов корро-

зии в единицу времени:

где ∆h – глубина проникновения коррозии или толщина образующейся на металле пленки продуктов коррозии, мм;

τ – время коррозии, год;

талла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла (S) и к единице времени (τ):

5

Этот показатель может быть отрицательным или положительным в зависимости от того, уменьшилась или увеличилась масса металла за время испытания τ по-

сле удаления продуктов коррозии.

Если известен состав продуктов коррозии металла, то можно сделать пе-

ресчет положительного показателя изменения массы в отрицательный:

соответственно;

АМе, nМе – атомная масса и валентность металла соответственно;

АОК, nОК – атомная масса и валентность окислителя соответственно;

– токовый показатель скорости коррозии (i, А/см2) – это выражение ско-

где SA – площадь анодных участков.

Между токовым и отрицательным массовым показателем существует

следующая зависимость:

– объемный показатель (КV, см3/(см2∙ ч)) – объем поглощенного в процес-

се коррозии водорода (KH2) или выделившегося кислорода (KО2), приведенного к нормальным условиям, отнесенный к единице поверхности металла и к еди-

нице времени:

6

T 760

где V – объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии газа в см3

при температуре Т и давлении р; рН2О – давление насыщенного водяного пара в мм.рт.ст. при температуре Т;

Т – абсолютная температура, К.

Объемные показатели коррозии могут быть пересчитаны в токовый и

где ∆W – уменьшение объема газа в замкнутом объеме над корродирующим металлом вследствие выжигания водорода;

∆v – увеличение объема газа за период выжигания и охлаждения прибора, вычисляемое на основании прямолинейной экстраполяции от величины ∆V

за известное время коррозии;

∆V – общее увеличение объема газа.

7

Переход от отрицательного массового, токового и объемного показателей коррозии к глубинному показателю может быть сделан в случае равномерной коррозии по следующим формулам:

где ρМе – плотность металла, г/см3;

– механический показатель коррозии (Кмех) – изменение какого-либо по-

казателя механических свойств металла за определенное время, выраженное в

где ∆σВ – изменение предела прочности за время коррозии;

σВ0 – предел прочности до коррозии;

– показатель изменения электрического сопротивления (КR) – изменение электрического сопротивления металла за время коррозии, выраженное в процентах от исходного значения:

где ∆R – изменение электрического сопротивления металла за время коррозии; R0 – электрическое сопротивление металла до коррозии.

Измерение электрического сопротивления металла до и после коррозии используется для определения степени поражения металла межкристаллитной коррозией. Например, для тонколистового металла или проволоки степень по-

ражения поперечного сечения образца межкристаллитной коррозией может быть рассчитана по формуле

8

где S2 – площадь поперечного сечения металла, пораженного межкристаллитной коррозией;

S – общая площадь поперечного сечения металлического образца;

ρ2 – удельное электрическое сопротивление металла, пораженного межкри-

сталлитной коррозией;

R Sl – удельное электрическое сопротивление образца после коррозии,

получаемое из опыта;

R – электрическое сопротивление образца после испытания; l – длина рабочей (погруженной в раствор) части образца;

ρ1 – удельное электрическое сопротивление слоя здорового (не пораженного коррозией) металла.

При помощи величины т можно сравнивать степень развития межкристаллитного разрушения и определять глубину проникновения коррозии у раз-

личных образцов. Так, для проволочного образца глубина проникновения межкристаллитной коррозии δ может быть определена из следующей формулы:

где a и b – размеры поперечного сечения образца.

Таким образом, изменение электрического сопротивления так же, как и прочностной показатель, может быть использовано для установления наличия неравномерной и межкристаллитной коррозии. Металл принято считать подверженным межкристаллитной коррозии, если глубинный показатель коррозии,

вычисленный по изменению электросопротивления, значительно больше глубинного показателя коррозии, вычисленного по потере массы.

9

Для этой цели следует сопоставить опытное значение KR и (KR)выч, рас-

считанное по потере массы образца:

где Rвыч – электросопротивление образца, рассчитанное из уменьшения его массы по уравнению

где т0 – масса образца до коррозии; т1 – масса образца после коррозии в течение времени τ;

R0 – электросопротивление образца до коррозии.

Степень поражения металла межкристаллитной коррозией может быть определена на основе анализа уравнения (20), которое показывает, что по мере роста ρ2 во времени отношение ρ2/(ρ2 – ρ1) стремится к единице, при этом

Таким образом, отношение ∆ρ/ρ может быть принято как количественный показатель, характеризующий степень поражения межкристаллитной коррозией поперечного сечения образца. Использование этой характеристики для ранних стадий межкристаллитного разрушения (малые значения ρ2) эквивалентно условному пересчету наблюдаемого эффекта межкристаллитного разрушения в том случае, когда проникновение межкристаллитной коррозии вглубь идет с одинаковой скоростью по всем границам зерен и ρ2 = const = max.

Скорость процесса межкристаллитной коррозии в любой момент времени (увеличение степени поражения поперечного сечения образца межкристаллитной коррозией во времени) может быть определена из графика ∆ρ/ρ = f(τ) как тангенс угла наклона касательной в данной точке к оси абсцисс:

10