Атмосферная коррозия и наводороживание (дифундирование водорода в сталь)

При атмосферной коррозии происходит интенсивное наводороживание стальных деталей, которое зависит от влажности и загрязненности воздуха промышленными газами, такими как Н₂S. У стали, насыщенной водородом, резко снижается сопротивление механическим нагрузкам и износостойкость. При работе подвижных деталей коррозионные процессы занимают большое место, особенно в процессе окислительного изнашивания и изнашивания при фреттинг-коррозии.

При таких видах изнашивания неизбежно произойдет наводороживание поверхности, образование микротрещин, резкое снижение сопротивления усталости и уменьшение сроков службы узлов трения. Пример: Московская область, Норильск, Батуми – содержание Н₂ в мл/100 до испытания – 1,3, после – соответственно 32,2; 105 и 45,2.

Фреттинг-коррозия

Фреттинг-коррозия - это процесс разрушения плотно контактирующих поверхностей пар металл-металл или металл-металл в результате малых колебательных относительных перемещений.

Для возбуждения фреттинг-коррозии достаточны перемещения поверхностей с минимальной амплитудой 0,025 мм. Разрушение заключается в образовании на соприкасающихся поверхностях мелких язвин продуктов коррозии в виде налета, пятен и порошка. Этому виду подвержены не только углеродистые, но и коррозионностойкие стали в парах трения сталь-сталь, как одноименные, так и разноименные.

Вследствие малой амплитуды перемещения соприкасающихся поверхностей повреждения сосредотачиваются на небольших площадках действительного контакта. Продукты износа не могут выйти из зоны контакта, в результате возникает высокое давление и увеличивается их абразивное действие на основной металл.

При фреттинг-коррозии средняя относительная скорость движения соприкасающихся поверхностей может изменяться от 0,0055 до 2,5 мм/с. Если амплитуда поражения фреттинг-коррозией увеличивается, а картина изнашивания напоминает ту, которая происходит при однонаправленном скольжении. Все сказанное относится к несмазанным поверхностям.

Продукты фреттинг-коррозии стальных изделий в атмосфере воздуха цвет от светло-красно-коричневого до темно-коричневого в зависимости от марок материалов, давления,влажности и частоты циклов микросмещений.

Фреттинг-коррозия осуществляется также в вакууме, причем интенсивность изнашивания при фреттинг-коррозии в атмосфере воздуха выше,чем в вакууме. Если бы интенсивность изнашивания только силами трения, то она была бы выше в вакууме, чем на воздухе, поскольку силы трения в вакууме значительно больше. С учетом изложенного можно сделать вывод, что существенную роль в процессе фреттинг-коррозии играет окисление поверхностей трения или металлических продуктов разрушения. Вместе с тем на кинетику реакции окисления влияет и механический фактор. Таким образом, фреттинг-коррозия представляет собой вид разрушения металлов и их сплавов в мало и неагрессивных коррозийных средах под одновременным воздействием механических и химических факторов.

Язвины и продукты коррозии на сопряженных поверхностях валов и напресованных на них колес, муфт и колец подшипников качения, на запресованных в картерах вкладышах подшипников, на пригнанных поверхностях шпонок и их пазов, на центрирующих поверхностях шлицевых соединений, на опорных поверхностя пружин, на заклепках и в отверстиях,в заклепочных соединениях между листами, на болтах и т.п. - результат проявления фреттинг-коррозии.

Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентратором напряжений и снижают предел выносливости. Пример: Фирма «Ролс-Ройс» более полувека назад столкнулась с фактами коррозиональных повреждений и последующих поломок листов рессор. Предполагая вначале, что коррозия является следствием проникновения влаги между листами, фирма тщательно обработала рабочие поверхности листов, но корродирование и разрушение продолжалось. Так и не установив причин этого явления, вышли из положения, введя кадмиевое покрытие листов. Фактически здесь имела место фреттинг-коррозия, которая в то время не была еще широко известна как особое явление.

Механизм фреттинг-коррозии. При фреттинг-коррозии протекают следующие процессы. Под действием их трения кристаллическая решетка поверхностных слоев расшатывается при циклических смещениях и разрушается. При этом происходит отрыв частиц металла, размеры которых сопоставимы с атомными, а процесс разрушения происходит без удаления продуктов износа, которые подвергаются быстрому окислению. Дополнительным источником повреждения поверхностей может явиться возникающее местами схватывание сопряженных металлов.