Методы изучения контактной, щелевой и газовой коррозии

Методы испытания на коррозионное растрескивание

Критерием склонности металлов к коррозионному растрескиванию обычно считают время до разрушения образцов при определенных пороговых напряжениях, т. е. напряжениях, ниже которых не происходит растрескивания. Обычно строят диаграммы s – lg x (напряжение – время испытания) и с определенными допущениями интерполируют полученную кривую на более низкие напряжения. Напряжение, ниже которого не происходит коррозионного растрескивания при выбранной базе испытаний, называется условным пределом длительной коррозионной прочности.

Методы изучения контактной, щелевой и газовой коррозии

Контактная коррозия возникает в результате образования макропар из различных металлов или значительного различия электрохимических характеристик участков одного и того же металла.

Этот вид коррозии исследуется путем моделирования макропар, измерения их коррозионных токов, построения коррозионной поляризационной диаграммы, определения электродных потенциалов пары.

Особенности щелевой коррозии также изучают путем моделирования щелей, зазоров, застойных зон и подобных конструктивных условий. Коррозионную стойкость оценивают либо массовым методом, либо определяя коррозионный ток в щели и сопоставляя его с коррозионным током металла в объеме электролита.

Газовую коррозию оценивают по уменьшению или увеличению массы образцов. Углеродистые и низколегированные стали испытывают обычно в течение 200 ч, взвешивая через каждые 50 ч; для высоколегированных сталей в зависимости от назначения продолжительность испытаний может составлять 500–1000 ч.

Испытания на газовую коррозию проводят в соответствующих газовых средах при заданных параметрах (температура, время). После испытания стойкость определяют по снижению или увеличению массы; исследуют структуру и состав окислов или других продуктов коррозии.

 

 

способность материала подвергаться

термической обработке

 

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в технике способов получения заданных свойств металла. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и т.д., либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

 

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то режим термообработки обычно представляют графиком в координатах t-t или t- lg t, где t – температура, t - время.

 

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки металлические сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии. Равновесное состояние достигается тогда, когда полностью завершаются все протекающие в сплавах процессы. При этом строение сплава будет соответствовать диаграмме состояния. Неравновесное состояние получается при условиях, препятствующих полному завершению протекающих процессов. Примером сохраняющихся длительное время неравновесных состояний являются наклеп, неоднородность химического состава вследствие ликвации, структура булатной стали. Увеличение теплового движения атомов при нагреве способствует переходу в равновесное состояние.

Общая длительность нагрева металла при термической обработке t_общ складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры t_Н и времени выдержки при этой температуре t_В, т.е. t_общ=t_Н+t_В. Время нагрева зависит от типа печи, размеров деталей, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

Охлаждение при термообработке производится с различной скоростью: с печью, на воздухе, в воде, в масле, в растворах солей и щелочей.

Закалка – это основной вид упрочняющей термической обработки конструкционных и инструментальных сталей. Цель закалки – получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств. Закалка – это термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при термической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твердом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твердых растворов, распад высокотемпературного твердого раствора по эвтектоидной реакции и др. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Различают следующие виды закалки:

1. с полиморфным превращением (например, закалка сталей);

2. без полиморфного превращения (например, закалка алюминиевых сплавов).

Важнейшими характеристиками сталей являются:

– закаливаемость – способность материала повышать твердость в результате закалки. Закаливаемость стали определяется в первую очередь содержанием в стали углерода. Чем больше в мартенсите углерода, тем выше его твердость. Легирующие элементы оказывают относительно небольшое влияние на закаливаемость;

– прокаливаемость – это способность стали закаливаться на определенную глубину. Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр, т.е. максимальный диаметр, который полностью прокаливается в охлаждающей среде.

В результате скоростного охлаждения фиксируется структура с высоким уровнем напряжений, которые складываются из термических напряжений s_терм (возникающих вследствие неравномерного охлаждения поверхности и сердцевины изделия) и структурных или фазовых напряжений s_структ (связанных с увеличением объема и неоднородности протекания мартенситного превращения по объему изделия).

s_зак.= s_терм. + s_{структ.}

Высокий уровень напряжений может привести к неустранимому браку – образованию трещин. Коробление можно устранить последующей рихтовкой или правкой.

Поскольку в процессе закалки стали ее структура становится резко неравновесной и возникают большие остаточные напряжения, после закалки обычно следует отпуск стали, позволяющий оптимизировать ее свойства. Итак, термическая обработка, представляющая собой нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже А_с1) для приближения его структуры к более устойчивому состоянию, называется отпуском.

Поэтому термическое упрочнение состоит из закалки и последующего отпуска. Таким образом, отпуск является заключительной операцией термической обработки, его цель – получение заданного комплекса механических свойств детали, а также полное или частичное устранение закалочных напряжений.

Различают следующие виды отпуска:

– Низкий отпуск проводят при 150-200°С. Цель – снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости мартенсита при сохранении высокой твердости и износостойкости изделий. Структура – отпущенный мартенсит. При низком отпуске происходит уменьшение степени тетрагональности мартенсита. Рекомендуется для обработки режущего и мерительного инструмента и деталей, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

– Средний отпуск проводят при 350-450°С. Цель – некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости. Структура – троостит отпуска, обеспечивающий высокие пределы прочности, упругости и выносливости, а также улучшение сопротивляемости действию ударных нагрузок. Средний отпуск рекомендуется для обработки пружин и рессор.

– Высокий отпуск проводят при 550-650°С. Цель – достижение оптимального сочетания прочностных, пластических и вязких свойств. Структура – однородный сорбит отпуска с зернистым строением цементита. При этом происходит улучшение общего комплекса механических свойств, а такая обработка называется улучшением. Рекомендуется для обработки деталей, которые подвергают действию высоких напряжений и ударным нагрузкам.

Температуру отпуска обычно выбирают в зависимости от твердости и заданного уровня механических характеристик материала.

 

 

МикроСтрУКТУРНЫЙ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

Свойства металлических материалов, применяемых в машиностроении, зависят от их внутреннего строения (структуры), которое в свою очередь зависит от химического состава материала и методов внешнего воздействия, таких как термическая обработка, пластическая деформация и т.п.

Для изучения внутреннего строения металла применяют металлографический анализ, который широко используется в промышленности для контроля структуры металла полуфабрикатов или готовых деталей с целью обеспечения их качества. Металлографический метод контроля качества введен в ряд действующих стандартов. Так по микроструктуре контролируют величину действительного или природного зерна стали (ГОСТ 5639), загрязненность стали неметаллическими включениями (ГОСТ 1778), степень полосчатости малоуглеродистой стали (ГОСТ 5640), структуру инструментальных сталей в состоянии поставки и ее карбидную неоднородность (ГОСТ 5950).

Металлографический метод исследования включает макроструктурный и микроструктурный анализы.

Макроструктурный анализ проводят визуально (невооруженным глазом) или с помощью лупы с кратностью увеличения изображения до 30 раз. При микроструктурном анализе используют металлографические микроскопы, позволяющие увеличить изображение структуры в 50…2000 раз.

Микроструктурный анализ предназначен для изучения более мелких элементов структуры металла, (размером от 4×10^–2 до 1×10^–2 мм),которые невозможно различить при макроструктурном анализе. Их называют структурными составляющими. При рассмотрении под микроскопом структурные составляющие отличаются друг от друга степенью почернения или цветом (при специальном цветном травлении микрошлифа). Структурные составляющие могут быть однофазными или двухфазными.

Фаза – однородная часть системы (металлического материала), ограниченная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую кристаллическое строение, химический состав, иногда агрегатное состояние меняется скачкообразно.

Примерами однофазных структурных составляющих в сплавах на основе железа могут быть: феррит, аустенит, цементит. Двухфазные составляющие: перлит, ледебурит.