Влияние температуры и коррозионно-активной среды на свойства металлов под напряжением при статических и циклических нагружениях
Предел выносливости алюминиевых и магниевых сплавов снижается от воздействия среды в 1,8 - 3 раза . Сопротивление усталости медных сплавов при испытании в пресной и морской воде снижается незначительно.
Для всех материалов последовательное действие напряжений и коррозионной среды менее опасно , чем одновременное .
Характерным для коррозионной устойчивости является появление на поверхности образцов гораздо большего числа трещин , чем у испытываемых на воздухе .
а) б)
s , кг/мм(2) s , кг/мм(2)
80 24
75 22
70
65 16
12
10
12 8
10(5) 10(6) 10(7) N 10(5) 10(6) 10(7) N
Рис. 6 . Кривые коррозионной усталости стали 30ХГСНА (а) и алюминиевого сплава Д1 (б) .
- испытания на воздухе ;
- испытания в водопроводной воде (полное погружение) ;
На кривой коррозионной усталости металлов отсутствует горизонтальный участок , и даже при очень большом числе циклов она остаётся наклонной к оси абсцисс , при этом угол наклона с увеличением базы может уменьшаться (рис. 7) .
Предел коррозионной усталости в значительной степени зависит от частоты нагружений , причём эта зависимость обнаруживается в области частот до 50 Гц . Это связанно с тем , что для большинства материалов время нахождения под воздействием среды вносит существенную поправку в получаемые результаты . Поэтому увеличение частоты нагружений с десятков циклов в минуту до десятков тысяч циклов в минуту вызывает повышение характеристик коррозионной усталости .
Сопоставляя влияние концентрации напряжений при испытании на воздухе и в коррозионной среде , можно отметить , что при испытаниях на коррозионную усталость действие концентраторов напряжений ослабляется . С повышением длительности испытаний ( понижением уровня напряжений ) увеличивается роль коррозионного фактора , определяющего снижение предела коррозионной усталости образца с надрезом и сглаживается влияние остроты надреза .
Для нержавеющих сталей , склонных к щелевой коррозии , наличие острых концентраторов при коррозионной усталости оказывается значительно более опасным , чем в условиях обычной усталости .
Проявление масштабного фактора в условиях коррозионной среды отличается от наблюдаемого на воздухе . когда с увеличением диаметра образца предел выносливости металла уменьшается . С увеличением диаметра образца предел его коррозионной усталости увеличивается . Для стали . например , изменение диаметра образца с 5 до 40 мм , приводит к повышению предела коррозионной усталости на 46% . При наличии концентрации напряжений проявление масштабного эффекта усиливается .
Состав среды является одним из основных факторов , определяющих снижение циклической прочности металла . Однако для разных материалов наиболее опасным оказываются различные среды .
В условиях циклических нагружений атмосфера не является инертной средой . Влияние атмосферы зависит от количества находящейся в ней влаги . Так , повышение относительной влажности с 58 до 100% снижает предел коррозионной усталости сталей на 4 - 5 кг/мм(2) .
Предел коррозионной усталости алюминиевого сплава Д16-Т при полном погружении в раствор хлористого натрия составляет 5 кг/мм(2) , а при подаче каплями- 9 кг/мм(2) . Это объясняется тем , что пассивирующий эффект кислорода воздуха в большей степени проявляется при коррозионной усталости металлов , образующих с ним окисные или гидроокисные защитные плёнки . поэтому выносливость алюминиевого сплава возрастает с увеличением аэрации , чего не наблюдается у сталей .
В подавляющем большинстве исследований коррозионно-усталостная прочность металлов определялась в 3%-ном растворе NaCl , значительно снижающем усталостную прочность сталей и алюминиевых сплавов . Прочность металла в конструкциях , эксплуатирующихся в слабоагрессивных средах , значительно выше .
s-1 , кг/мм(2) Рис. 5
Конструкционные стали ,
нержавеющие стали
70
Воздух
60
50
Нержавеющие стали
40
Конструкционные стали
30
Водопроводная вода
Морская вода
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 sв, кг/мм(2)
График зависимости предела коррозионной усталости от предела прочности для различных сталей .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ , ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ПРИ НАПИСАНИИ ДОКЛАДА .
Под редакцией Туманова А. Т. “ Методы исследования механических свойств металлов ”. Том 2 , Москва , “Машиностроение” , 1974 год.
Под редакцией В. А. Винокурова “Сварка в машиностроении” , том 3 , Москва , “Машиностроение” , 1979 год .
Рахштадт А. Г. , Геллер Ю. А. “Металловедение” , Москва , 1994 год .
А. В. Бакиев “Технология аппаратостроения” , Уфа , 1995 год .