Спосіб визначення опору сталей корозійно-механічному руйнуванню

Спосіб визначення опору сталі корозійномеханічному руйнуванню, який полягає в тому, що зразок занурюють в корозійне середовище, поляризують потенціалом, рівним потенціалу корозії в ненапруженому стані, і за характером 3 рівним потенціалу корозії в ненапруженому стані і за величиною густини струму поляризації визначають опір сталей корозійно-втомному руйнуванню. Що вища густина струму поляризації, то нижчий опір сталей корозійно-втомному руйнуванню. Однак, як і попередній, і цей спосіб є довготривалим і трудомістким, оскільки вимагає випробування не менше 3 зразків впродовж тривалого часу. Задача корисної моделі - створити спосіб визначення опору сталей корозійно-механічному руйнуванню, в якому введення нових операцій дозволило б зменшити тривалість випробувань і прискорено визначати його значення. Вказана задача досягається тим, що згідно способу, який включає занурення зразка у корозійне середовище і його поляризацію потенціалом рівним потенціалу корозії в ненапруженому стані; навантаження циклічними механічними напруженнями в пластичній ділянці 5...10 циклів механічного навантаження, стадію розвантаження здійснюють імпульсно впродовж 2...4 10-2с після чого слідує витримка впродовж 10с; реєстрацію зміни густини струму поляризації впродовж 10с після імпульсного розвантаження та розрахунок електричного заряду окислення сталі за площею під кривою залежності „струм поляризації – час”, який кількісно характеризує опір сталі корозійній втомі - її корозійно-втомну витривалість. Інші переваги пропонованого способу: - при реалізації способу зразки не руйнуються, що дозволяє їх повторне використання в інших середовищах і, відповідно, зменшити матеріальні та фінансові витрати; - із збільшенням кількості експериментальних даних по корозійно-втомній витривалості різних сталей в різних корозійних середовищах та електричного заряду окислення цих сталей в цих же середовищах покращуються характеристики кореляції базової залежності „корозійно-втомна витривалість - електричний заряд окислення", що відповідно підвищує точність визначення корозійно-втомної витривалості нових недосліджених систем „сталь - середовище" на основі експериментально визначеного електричного заряду окислення в цих системах. Кожна система „сталь-середовище” характеризується певною величиною електричного заряду окислення ювенільної поверхні сталі, що утворюється в результаті руйнування поверхневих захисних плівок пластичним деформуванням сталі. Зародження корозійно-втомних тріщин реалізується за механізмом анодного розчинення і локалізується саме в місцях руйнування поверхневих захисних плівок, де активується розчинення сталі [1-3]. Звідси інтенсивність розчинення ювенільної поверхні сталі визначає швидкість зародження корозійно-втомної тріщини і, відповідно, опір сталі корозійно-втомному руйнуванню. Інтенсивність розчинення ювенільної поверхні визначається, в свою чергу, хімскладом сталі і корозійного середовища. Тому кожна системи „стальсередовище” характеризується своєю 29083 4 інтенсивністю електрохімічних реакцій на ювенільній поверхні. Експериментальними дослідженнями встановлено, що існує тісна кореляція між електричним зарядом окислення ювенільної поверхні сталі, який кількісно характеризує інтенсивність електрохімічних реакцій на ювенільній поверхні, і її опором корозійно-втомному руйнуванню - корозійновтомною витривалістю (Фіг.1). Визначивши експериментальним шляхом заряд окислення ювенільної поверхні сталі після її навантаження в пластичну ділянку і імпульсного розвантаження можна на основі базової кореляційної залежності „корозійно-втомна витривалість - електричний заряд окислення” прогнозувати її корозійно-втомну витривалість. На Фіг.1 наведена кореляційна залежність корозійно-втомної витривалості (кількості циклів до руйнування при циклічному напруженні 250МПа) Nf різних сталей(Ст3сп, ст.20, 40Х, 10ХСНД, 12Х2Н4А, 12Х2НФА, 20ХНЗА, 20Х2Н2М) в 3%-му ( ) та 0,003%-му (▲) розчинах NaCl від електричного заряду окислення ювенільних ділянок деформованої поверхні сталі q для „сталь 17Г1С-3%-ий розчин NaCl” Приклад. Попередніми випробуваннями різних сталей (Ст3сп, ст.20, 40Х, 10ХСНД, 12Х2Н4А, 12Х2НФА, 20ХНЗА, 20Х2Н2М) в 3%-му та 0,003%-му розчинах NaCl встановлено, що їх корозійновтомна витривалість (кількості циклів до руйнування) при циклічному напруженні 250МПа тісно корелює із електричним зарядом окислення ювенільних ділянок деформованої поверхні q цих систем (Фіг.1). Методом найменших квадратів отримано рівняння регресії цієї кореляційної залежності в логарифмічних координатах: lg(Nf*103)=1,28-0,92 lgq з коефіцієнтом кореляції R=0,95. Експериментальними дослідженнями сталі 17Г1С за запропонованим способом встановлено, що електричний заряд окислення її ювенільної поверхні у 3%-му розчині NaCl становить 3,8Кл. Підстановкою цього значення електричного заряду окислення в рівняння регресії кореляційної залежності „корозійно-втомна витривалість електричний заряд окислення” різних сталей в нейтральних середовищах отримано прогнозоване значення корозійно-втомної витривалості сталі 17Г1С в дослідженому середовищі Nf=5600 циклів. Для перевірки коректності отриманої прогнозної оцінки корозійно-втомної витривалості сталі 17Г1С проведено випробування цієї сталі на її корозійновтомну витривалість у 3%-му розчині NaCl. Встановлено, що корозійно-втомна витривалість сталі 17Г1С у 3%-му розчині NaCl становить Nf=8014, що практично співпадає з прогнозною оцінкою N3=5600. Це свідчить, що запропонований спосіб дозволяє адекватно визначати опір сталей корозійно-втомному руйнуванню. Ще одна перевага пропонованого способу застосування запропонованих операцій для побудови аналогічної кореляційної залежності між електричним зарядом окислення ювенільних 5 ділянок деформованої поверхні q різних конструкційних матеріалів та показником їх витривалості при кавітаційних випробуваннях дозволяє також визначати і опір матеріалів корозійно-ерозійному руйнуванню. Корозійно-ерозійне руйнування металів при кавітаційному навантаженні реалізується за механізмом зародження корозійно-втомних мікротріщин, їх галуження та наступного викришування об'ємів металу, локалізованих цими тріщинами [4, 5]. Отже інтенсивність розчинення ювенільної поверхні сталі, яка впливає на швидкість зародження корозійно-втомної тріщини, визначає і опір сталі корозійно-втомному руйнуванню Тому запропонований підхід, який полягає в побудові кореляційної залежності між електричним зарядом окислення ювенільних ділянок деформованої поверхні q різних конструкційних матеріалів та показником їх витривалості при кавітаційних випробуваннях, може бути використаний для експрес-оцінки опору матеріалів корозійно-ерозійному руйнуванню. Приклад. Попередніми випробуваннями різних конструкційних матеріалів (ст.20, 40Х, 12Х2Н4А, 12Х2НФА, 20Х2Н2М, 20X13, 40X13, 12X17, 015Х18М2Б, 15Х25Т, 15X28) в 3%-му розчині NaCl встановлено, що їх корозійно-ерозійна витривалість (інкубаційний період - час до появи масових втрат) при кавітаційному навантаженні тісно корелює із електричним зарядом окислення ювенільних ділянок деформованої поверхні q цих систем (рис. 2). Методом найменших квадратів отримано рівняння регресії цієї кореляційної залежності в логарифмічних координатах: ln t =1,44-0,58 lnq, з коефіцієнтом кореляції R=0,98. У випадку корозійно-ерозійного руйнування отримано навіть вищий коефіцієнт кореляції ніж за корозійновтомного руйнування. На Фіг.2 наведена кореляційна залежність корозійно-ерозійної витривалості (інкубаційний період) при кавітаційному навантаженні t різних сталей (ст.20, 40Х, 12Х2Н4А, 12Х2НФА, 20Х2Н2М, 20Х13, 40Х13, 12Х17, 015Х18М2Б, 15Х25Т, 15Х18) в 3%-му розчинах NaCl від електричного заряду окислення ювенільних ділянок деформованої поверхні сталі q. Символом (ο) позначено систему „сталь 30ХГСНА-3%-ий розчин NaCl”, символом (D) позначено систему „сталь95Х18-3%-ий розчин NaCl”. Експериментальними дослідженнями за запропонованим способом встановлено, що електричний заряд окислення ювенільної поверхні сталі 30ХГСНА в 3%-му розчині NaCl становить 3,05 Кл, а сталі 95X18-0,16Кл. Підстановкою цього значення електричного заряду окислення в рівняння регресії кореляційної залежності „корозійно-ерозійна” витривалість (інкубаційний період) - електричний заряд окислення" різних сталей в 3%-му розчині NaCl отримано прогнозоване значення корозійно-ерозійної витривалості сталі 30ХГСНА в дослідженому середовищі t =14хв., а сталі 95X18-81хв. Для 29083 6 перевірки коректності отриманої прогнозної оцінки корозійно-ерозійної витривалості сталей проведено їх випробування при кавітаційному навантаженні в 3%-му розчині NaCl. Встановлено, що корозійно-ерозійна витривалість сталі 30ХГСНА становить t =13хв., а сталі 95X18110хв., що задовільно співпадає з прогнозними оцінками. Це свідчить, що запропонований спосіб дозволяє адекватно визначати також опір сталей корозійно-ерозійному руйнуванню і при кавітаційному навантаженні. Список використаної літератури: 1. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. - М.: Металлургия, 1985. -208с. 2. Dmytrach I.M., Akid R., Miller K.L. Electrochemistry of deformed smooth surfaces and short corrosion fatigue crack growth behaviour // British Corrosion Journal. - 1997. - 32, N2. - P.138144 3. Хома М., Залужець А. Механоелектрохімічні властивості корозійнотривких сталей. Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів. - 2000. - Спец. вип. №1. - С.113-115. 4. Ricman R.H., Me Naughton W.P. Correlation of cavitation erosion behavior with mehcanical properties of metal // Wear. - 1990. - №140. - P.6382. 5. Цирульник О.Т., Бассараб A.I. Структурна чутливість сталей до корозійно-механічного руйнування під час втоми та кавітації // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1999. - №4. – С.120-124 7 29083 8