Головна

Корозійне руйнування

  1. Деформація й руйнування, утома металів

Корозія- це руйнування металів внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії їх з навколишнім середовищем. Корозійні процеси значно впливають на довговічність технічних об'єктів. Втрати від корозії в розвинутих країнах складають майже 10 % національного прибутку.

Корозійний процес відбувається на межі "метал - навколишнє середовище", тобто є гетерогенним процесом взаємодії рідкої чи газоподібної фази з металом. Причина корозії в термодинамічній нестійкості металів. Швидкість корозії визначається багатьма факторами: станом поверхні металу і особливостями його структури; температурою, складом і швидкістю руху корозійного середовища, механічними напруженнями тощо.

Оскільки корозійний процес має гетерогенний характер, його швидкість залежить від умов здійснення таких основних стадій: переміщення до поверхні металу корозійно-активних частинок (іонів, молекул) шляхом дифузії або конвекції; реакції цих частинок з металом і відведення продуктів корозії від поверхні металу. Класифікують корозійні процеси за двома типами та 36 видами. Типи корозій металів розрізняють за механізмами взаємодії металу з корозійним середовищем, а види - за умовами проходження (корозійними середовищами, додатковими впливами) і характером ураження поверхонь.

За механізмом перебігу корозійного процесу розрізняють два типи: хімічну та електрохімічну корозію.

Хімічна корозіязумовлена процесами, які відбуваються при хімічній взаємодії металу з агресивним (рідким чи газоподібним) середовищем, що не має властивості електропровідності (сухі гази, рідкі неелектроліти - спирти, мінеральні мастила, бензин, розплави металів та ін.). Найчастіше цей тип корозії спостерігається при високих температурах (газова корозія). Наприклад, окиснення металу в печах при різних видах термообробки, руйнування поверхні випускного колектора двигуна внутрішнього згоряння при взаємодії металу з відпрацьованими газами в зоні високих температур тощо.

Електрохімічна корозія- це взаємодія металу з корозійним середовищем - електролітом, при якому іонізація атомів металу й відновлення окислювального компонента корозійного середовища відбуваються неодночасно, а їх швидкості залежать від електродного потенціалу металу.

Анодний процес електрохімічної корозії завжди супроводжується іонізацією металу. У катодному процесі можуть брати участь різні іони або молекули, які окислюють метал.

Можливі кілька основних типів катодних реакцій: відновлення катіонів; аніонів; молекул газів, розчинених в електроліті; окисних та гідроокисних плівок; органічних сполук.

За умовами проходження (типу корозійного середовища) розрізняють такі види корозії: атмосферна, газова, підземна, ґрунтова, підводна, біокорозія, щілинна, контактна, під напругою, при терті тощо. Відповідно атмосферна - це корозія металів у атмосфері; підводна - корозія металу, повністю зануреного у воду; біокорозія - під впливом продуктів життєдіяльності мікроорганізмів; контактна - через контакт металу з різними потенціалами в даному середовищі тощо.

За характером розвитку корозійного руйнування розрізняють суцільну (загальну) і місцеву (локальну) корозію.

Суцільна корозіяохоплює всю поверхню металу, яка перебуває під впливом даного корозійного середовища. Розрізняють рівномірну корозію, яка поширюється з приблизно однаковою швидкістю на різних ділянках поверхні металу, та нерівномірну (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Суцільна (загальна) корозія: а - рівномірна; б - нерівномірна

Місцева корозіявражає поверхню металу на окремих ділянках. За видом корозійного ураження розрізняють місцеву корозію скупчену і підповерхневу (структурно-вибіркову), які у свою чергу, поділяються на кілька підвидів (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Місцева (локальна) корозія: а - плямами (діаметр ураження більше глибини); б - виразками (діаметр ураження і глибина приблизно однакові); в - крапчаста (діаметр ураження менше глибини); г - вибіркова; д - міжкристалічна; є - транскристалічна

До локальних видів корозії також належать: контактна - у зонах контакту різнорідних металів; щілинна - у вузьких щілинах і зазорах (завширшки від сотих часток міліметра до кількох міліметрів); пов'язана з утомою металу - у зонах, які зазнають комплексного впливу циклічних навантажень та агресивного середовища; підплівкова - під лакофарбовими і полімерними покриттями тощо.

Кількісно корозійні руйнування визначаються під час натурних, лабораторних і стендових випробувань. Випробування матеріалів на корозійну стійкість специфічні, методики їх проведення розробляються залежно від типу і виду корозії, середовища, умов навантаження тощо. У спеціальній літературі є стандартні методики і рекомендації по розробці оригінальних методів випробувань. Для порівняння результатів кількісної оцінки корозійної стійкості рекомендується використовувати прямі й непрямі показники корозії.

До прямих показників належать: зміна маси зразка; швидкість та глибина корозії; частка поверхні ураження; об'єм водню, який виділився з одиниці поверхні, або поглиненого кисню; час до появи перших ознак корозії.

Зміна маси зразка (її зменшення або збільшення) визначається за формулами:

;(2.9)

, (2.10)

де т0- початкова маса зразка, кг; т1- маса зразка після видалення продуктів корозії, кг; т2- маса зразка разом з продуктами зносу, кг.

Швидкість корозії, на підставі зміни маси, розраховується за формулою:

, (2.11)

де Km - швидкість корозії, кг/м2∙год; S - площа зразка, м2; t - тривалість випробування, год.

Глибина корозії визначається у випадку, коли вона має явний нерівномірний характер.

Середнє значення глибини корозії обчислюють за допомогою швидкості Km:

, (2.12)

де r - густина металу, кг/м3.

Глибину корозійного ураження вивчають також за допомогою мікроскопу.

Третій показник - частка поверхні, зайнятої корозією. У цьому випадку корозія оцінюється за допомогою частотного показника С за формулою:

, (2.13)

де п - кількість квадратів з однаковою площею, які мають одну або більше ділянок з корозією; N - загальна кількість цих квадратів на досліджуваній поверхні.

Використання четвертого показника - об'єму водню, який виділяється з одиниці поверхні, або кількості поглибленого кисню, ґрунтується на переході металу в продукти корозії, коли виділяється еквівалентна кількість водню або поглинається кисень. За об'ємом цих газів (вимірюють за допомогою встановленого над зразком евдіометра), визначають зміни маси металу.

До непрямих показників належать: зміни фізико-математичних властивостей виробу (тимчасовий опір, відносне подовження); зміни електричного опору та відбивної здатності тощо.

Найпоширенішим видом корозії поверхонь сільськогосподарської техніки є атмосферна.

Відомо, що до 80 % всіх металевих виробів у вигляді конструкцій та машин експлуатується в атмосферних умовах. На частку атмосферної корозії припадає більше половини загальних корозійних втрат металу. Розрізняють три основні види атмосферної корозії: мокру, вологу й суху.

Мокра корозія відбувається в результаті краплинної конденсації вологи на поверхні металу і утворенні видимої неозброєним оком рідинної плівки. Такі умови створюються при потраплянні на поверхню крапель дощу, снігу та при 100 % вологості повітря.

Волога корозія виникає при вологості повітря до 100% і супроводжується адсорбційною, капілярною й хімічною конденсацією вологи на поверхні.

Суха корозія виникає під дією кисню повітря і відносній вологості до 60%, при цьому на металі утворюються дуже тонкі плівки з продуктів корозії. В умовах сухої атмосферної корозії ця плівка зростає дуже повільно. Зі збільшенням вологості повітря суха корозія переходить у вологу, а при потраплянні на поверхню металу крапель вологи - у мокру.

При атмосферній корозії роль електропровідного середовища виконує плівка вологи на поверхні металу. Причиною утворення анодних і катодних ділянок під плівкою вологи є електрохімічна неоднорідність металевої поверхні. Це пов'язано з мікро- і макровключеннями, різницею в складі адсорбованих поверхнею плівок, нерівномірністю внутрішніх напружень у поверхневому шарі, структурними різницями матеріалу деталі тощо.

Основними факторами, які впливають на інтенсивність процесу атмосферної корозії є: вологість повітря, коливання температури, промислові забруднення повітря (сірчистий газ, хлор, аміак та ін.).

Залежність швидкості атмосферної корозії VK від товщини шару вологи h на поверхні металу, тобто від вологості, наведена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Залежність швидкості корозії від товщини плівки вологи на поверхні металу: 1, 2, 3 - ділянки відповідно сухої, вологої та мокрої корозії

При практичній оцінці корозії в атмосферних умовах швидкість корозії розглядається як функція тривалості зволожування металу крапельно-рідинними плівками вологи t, температури Т і концентрації забруднень у атмосферному повітрі с:

. (2.14)

При оцінюванні і прогнозуванні працездатності сільськогосподарської техніки після її зберігання виходять з того, що основним фактором для визначення швидкості корозійного руйнування залізовуглецевих сплавів є тривалість впливу на метал атмосферних опадів.

Наприклад, типова закономірність корозії елементів облицювання тракторів та автомобілів має такий вигляд:

, (2.15)

де h - товщина шару металу, пошкодженого корозією; h0- початкова товщина металу; V - швидкість корозійного процесу; t - тривалість впливу зовнішнього середовища на елемент облицювання; е - основа натурального логарифма. Для кількісної оцінки впливу атмосферної корозії на незахищені металеві поверхні сільськогосподарської техніки використовують емпіричні формули, які визначають зв'язок між масовими втратами металу, товщиною кородуючої поверхні та тривалістю опадів.

Величину втрат металу за рахунок корозії залежно від тривалості атмосферних опадів tат визначають за рівнянням:

. (2.16)

Залишкову товщину кородованої тонколистової обшивки розраховують за формулою:

, (2.17)

де h3- залишкова товщина металу обшивки, мкм; hп - початкова товщина металу обшивки, мкм; tат - середня тривалість атмосферних опадів (рідинних і мішаних), год.



А - знімання навантаження в області пружних деформацій; б - знімання навантаження в області пластичних деформацій; А0 - область залишкової деформації | Старіння матеріалів деталей

Причини втрати працездатності об'єктів | Зношування. Види, характеристики і закономірності процесу | Деформація й руйнування, утома металів | Види відмов та їх класифікація |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати