Коррозионное и усталостное разрушения деталей. Ползучесть металлов

Коррозионное разрушение.

Коррозией металла называется са­мопроизвольное его разрушение вследствие физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

При химической коррозии окисление металла и восстановление окислительного компонента происходит в одном акте.

Электрохимический коррозионный процесс предполагает при­сутствие электролитической токопроводящей среды. Окисление ме­талла и восстановление окислительного компонента происходит не в течение одного акта; скорость протекания коррозии зависит от величины электродного потенциала металла.

При химической коррозии воздействующей внешней средой являются воздух, газы и жидкие вещества, не проводящие элект­рического тока. Например, окисление металла на сухом воздухе — это химическая коррозия; в паровых котлах на поверхностях на­грева, в паровых коллекторах, в арматуре возможна химическая коррозия в результате взаимодействия металлической поверхно­сти с перегретым паром или газом высокой температуры.

Под пределом коррозионной выносливости условились понимать максимальное напряжение, которое не вызывает разрушения эле­мента (образца) при заданном числе циклов напряжения и при одновременном воздействии на элемент коррозионной среды и переменных напряжений.

Сопротивление коррозионной усталости зависит главным обра­зом от устойчивости металла перед коррозией. Специальные обра­ботки металла (например, азотирование) значительно увеличива­ют его сопротивление коррозионной усталости.

Усталостное разрушение. Усталостью металла называется про­цесс постепенного накопления повреждений под действием пов­торно-переменных напряжений, приводящих к уменьшению дол­говечности материала, образованию трещин и разрушению его.

Свойство материала противостоять усталости называется вы­носливостью.

При эксплуатации судов наиболее часто приходится встречать­ся с усталостным разрушением.

Ползучесть металлов.

Ползучестью называется процесс измене­ния во времени деформаций и напряжений, возникающих в эле­менте (детали) под действием внешних нагрузок.

Для каждого металла ползучесть возникает при определенной температуре. Скорость ползучести находится в прямой зависи­мости от температуры и напряжений.

Изменение деформации детали при ползучести принято назы­вать последствием, а изменение напряжений — релаксацией.

Например, релаксация возникает при ослаблении плотности фланцевых соединений трубопроводов, работающих в условиях высоких температур. Плотность фланцевого соединения при его сборке достигается за счет создания упругих деформаций и на­пряжений в материале болтов. С течением времени вследствие ползучести и релаксации напряжений при неизменной величине общей деформации болтов часть упругой деформации превраща­ется в пластическую. Как следствие, плотность фланцевого соеди­нения снижается.

Другим примером ползучести может быть удлинение рабочих лопаток турбин, работающих при высоких температурах. В резуль­тате воздействия центробежных сил длина лопаток увеличивается. Опасность этого явления заключается в уменьшении радиальных зазоров в проточной части турбины и касании рабочих лопаток о неподвижный корпус турбины.

В связи с тем что в условиях ползучести работает значительное число деталей и узлов судовых силовых установок, необходимы предварительный расчет и прогнозирование данного процесса раз­рушения. При этом исходят из величины предельной остаточной деформации, которая может быть допущена по условиям безо­пасной работы.

От выбранной предельной остаточной деформации и темпера­туры, при которой работает элемент, зависит наибольшее напря­жение, которое не вызывает повышенной деформации. Это напря­жение называется пределом ползучести.