Явление и механизм коррозионного растрескивания

Коррозионное растрескивание

Исполнитель: студент гр. _103114_Трашков А.С._

Подпись, дата _________________________________

Руководитель: Меженцев А.А._________________

Подпись, дата _________________________________

МИНСК 2004

Содержание

1. Введение

2. Явление и механизм коррозионного растрескивания

А) Коррозионная среда

Б) Структура и состав

В) Напряжения

Г) Характер коррозионных трещин

Д) Предотвращение коррозионного растрескивания

3. Механизм коррозионного растрескивания

4. Начальная стадия локализованной коррозии

       А) Системы сплавов, подверженных межкристаллитному растрескиванию

       Б) Системы сплавов, подверженных внутрикристаллитному растрескиванию

5. Развитие трещин

6. Общие закономерности явления коррозионного растрескивания

7. Заключение

8. Список использованной литературы

 

 

Введение

Широко распространено определение коррозии под напряже­нием как увеличение скорости коррозионного процесса под дейст­вием статических напряжений. Коррозионное растрескивание, как предельный случай коррозии под напряжением, представляет собой полное разрушение металла в результате одновременного воздействия на него напряжений и коррозии. Важно отличать кор­розионное растрескивание от процесса коррозии, ускоряющегося при воздействии напряжений.

Очень интенсивная структурная коррозия может происходить в металлах и при отсутствии внешних приложенных напряжений, как, например, межкристаллитная коррозия некоторых алюминие­вых сплавов или нержавеющих сталей. Роль напряжений заклю­чается, главным образом, в разрушении ослабленных коррозией или хрупких границ зерен металла, что обеспечивает проникнове­ние коррозионной среды в глубь металла. При таких условиях про­цесс развития трещин происходит до тех пор, пока нерастрескав­шаяся часть металла выдерживает приложенную нагрузку, после чего наступает механическое разрушение. Процесс трещинообразо-вания сопровождается непрерывной потерей прочности материала по мере увеличения коррозионного разрушения.

 

ЯВЛЕНИЕ И МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ

 

В металле, подверженном коррозионному растрескиванию, при отсутствии внешних напряжений обычно происходит очень незна­чительное коррозионное разрушение, а при отсутствии коррозион­ной среды под воздействием напряжений почти не происходит из­менения прочности или пластичности металла. Таким.образом, в процессе коррозионного растрескивания, т. е. при одновремен­ном воздействии статических напряжений и коррозионной среды, наблюдается существенно большее ухудшение механических свойств металла, чем это имело бы место в результате раздельного, но аддитивного действия этих факторов. Коррозионное растре­скивание является характерным случаем, когда взаимодействует химическая реакция и механические силы, что приводит к структурному разрушению. Такое разрушение носит хрупкий характер и возникает в обычных пластичных металлах, а также в медных, никелевых сплавах, нержавеющих сталях и др. в присутствии   определенной коррозионной среды. При исследовании процесса хруп­кого разрушения в результате коррозионного растрескиванир особое значение имеет исследование раздельного воздействия на металл напряжений и коррозионной среды, а также их одновременное воздействие. Однако в процессе коррозионного растрескивания первостепенное значение имеют следующие стадии: 1) зарождение и возникновение трещин и 2) последующее развитие коррозионных трещин. Обе стадии, как будет показано ниже, являются индивидуальными ступенями в процессе коррозионного растрескивания.

Коррозионная среда

 

Средами, в которых происходит коррозионное растрескивание металлов, являются такие среды, в которых процессы коррозии сильно локализованы обычно при отсутствии заметной общей по­верхностной коррозии. Интенсивность локализованной коррозии-может быть весьма значительной, в результате чего прогрессирует процесс развития очень узких углублений, достигая, вероятно, на­ибольшей величины на дне углублений, имеющих радиусы по­рядка одного междуатомного расстояния. Тщательное изучение ли­тературы показывает, что во многих случаях процесс начальной коррозии может иметь место и при отсутствии напряжений, хотя такое коррозионное разрушение может быть совсем незначитель­ным. Некоторые во­просы, относящиеся к роли напряжений в развитии этих чувстви­тельных зон в определенных системах сплавов, еще остаются неяс­ными, но в общем случае это ясно. Кроме того, большинство экспе­риментальных работ показывает, что в том случае, когда началь­ные локализованные коррозионные углубления межкристаллигаы,. то при последующем растрескивании преобладает также межкри-сталлитное разрушение. Если начальная коррозия происходит вну­три зерен металла, то последующее растрескивание имеет внутри-кристаллитный характер. Нет определенных указаний о том, что межкристаллитная трещина будет развиваться из внутрикристаллитного коррозионного углубления, и наоборот. Смешанный тип растрескивания, который иногда наблюдается, может быть обусловлен побочным процессом, связанным с динамикой быстро разви­вающейся трещины.

При воздействии на материал коррозионной среды, которая вли­яет на склонность сплава к коррозионному растрескиванию и характер разрушения, основными факторами являются следую­щие:

1) относительная разность потенциалов микроструктурных фаз, присутствующих в сплаве, что вызывает вероятность местного раз­рушения

2) поляризационные процессы на анодных и катодных участках

3) образование продуктов коррозии, которые оказывают влияние на коррозионный процесс.

Структура и состав

Если локализованная коррозия является важным фактором в об­щем процессе растрескивания, то вполне очевидно, что микрострук­тура металла должна иметь еще большее значение, определяющее вероятность возникновения такого коррозионного разрушения. Опыты со всей очевидностью показывают, что изменения в составе, термообработке, механической обработке и способах изготовления приводят к изменению микроструктуры, а, следовательно, влияют и на устойчивость металла против коррозионного растрескивания. Опыты показывают, что структура металла влияет не только на ха­рактер начального местного разрушения, но также определяет путь и   скорость коррозионного растрескивания.

Кроме того, небольшие изменения в составе сплава, без какого-либо очевидного изменения микроструктуры, приводят к заметному изменению устойчивости сплава против коррозионного растрески­вания. Например, чистая медь в аммиачных средах не подвержена растрескиванию, но примесь менее чем 0,1 % фосфора, мышьяка или сурьмы в однородном твердом растворе делает ее подверженной разрушению. Добавление 0,3% хрома защищает от коррозион­ного растрескивания алюминиевый сплав марки 755, что важно в промышленном отношении и что еще раз подчеркивает значение изменений состава сплава на устойчивость против коррозионного растрескивания.

Напряжения

 

Для того чтобы произошел процесс коррозионного растрескива­ния, необходимо наличие поверхностных или внутренних растяги­вающих напряжений. Обычно встречающиеся на практике разруше­ния обусловлены наличием остаточных напряжений, возникающих, при производстве и обработке металла, но в целях исследования не следует делать разграничения между остаточными напряжениями и напряжениями, возникшими в результате приложенных внешних нагрузок. Коррозионное растрескивание никогда не наблюдалось в результате действия поверхностных сжимащих напряжений; наоборот, сжиающие поверхностные напряжения разрушения  могут использоваться для защиты от коррозионного растрескивания.

При увеличении величины приложенных напряжений умень­шается время до полного разрушения металла. Для кор­розионного растрескивания обычно необходимы высокие напряже­ния, приближающиеся к пределу текучести, однако, часто разруше­ние может наступить и при напряжениях, значительно меньших предела текучести. Для многих систем сплавов наблюдается какой-то «порог» или «предел» напряжений, т. е. напряжения, ниже кото­рых коррозионное растрескивание не происходит за определенный период времени. Такая зависимость, наблюдавшаяся, например, при замедленном растрескивании сталей, указывает, что основную роль в процессе разрушения играют напряжения.

 Имеются доказательства, что основное влияние при коррозионном растрескивании напряжения оказывают незадолго до полного разрушения, т. е. эффективность напряжений не сказывается до определенного периода времени, после чего наступает внезапное разрушение. Этот вывод в дальнейшем подчеркивается рядом на­блюдений, в которых указывается на зависимость времени до пол­ного разрушения от времени приложения напряжений. Показано, что время до полного разрушения,не зависит от того, приложены ли напряжения в начале испытания или на последующих стадиях его.

 

Заключение

Правильность изложенных выше обобщенных гипотез, относя­щихся к взаимодействию электрохимических и механических факто­ров, вызывающих хрупкое разрушение пластичных металлов, под­тверждается успешным применением их к различным системам сплавов. Новые представления о механизме и динамике процесса растрескивания и о характере границ зерен и субструктурных гра­ниц позволяют объяснить многие явления процесса более точно и подробно. Изложенный механизм растрескивания подчеркивает не­обходимость изучения различных систем сплавов с точки зрения изучения их структурных и электрохимических свойств, которые влияют на возникновение локальных коррозионных разрушений, и изучения тех факторов, которые влияют на образование и разви­тие трещины.

 

 

Литература

В основу реферата был взят сборник статей зарубежных авторов: «Коррозионное растрескивание и хрупкость» (1962г.)

Список авторов и их статьи:

1. D. K. Priest, F. H. Beck and M. G. F o n t a n a, Trans. ASM* 47, 473 (1955).

2. A. Morris, Trans. AIME, 89, 256 (1930).

3. C. Edeleanu, J. Inst. Metals, 80, 187 (1952).

4. P. T. Gilbert and S. E. Madden, J. Inst. Metals, 77, 237 (1950).

5. U. R. Evans, Symposium on Properties of Metallic Surfaces, p. 264, Inst. of Metals, London 1953.

6. F. A. Champion, Symposium on Internal Stresses in Metals and Alloys p. 468, Inst. of Metals, London 1948.

7. H L. Logan, J. Research Natl. Bur. Standards, 48, 99 (1952).

8. G. R. Irwin and J. A. Kies, Welding J., 31, 95(1952); G. R. Irwin, Conference on Brittle Fracture Mechanics, p. 169, Natl. Research Council Rept., May, 17, 1954.

9. W. D. Robertson, Trans. AIME, 188, 791 (1Q50).

10. D. H. Thompson and A. W. T r a c y, J. Metals, 1, 100 (1942).

11. R. D. Heidenreich, R. McNulty and R. C. Gerould, Trans. AIME, 166, 15 (1946).                                                                           

12. M. R. Pick us and E. R. Parker, J. Metals, 3, 792 (1951).

S. Harper and A. H. Cottrell, Proc. Phys. Soc.. B63, 331 (1950).

E. N. da C. Andrade and R. F. Y. Randall, Nature, 162, 890

(1948).

J. W. Menter and Hall E. O., Nature, 165, 611 (1950).

13. J. J. Harwood, Corrosion, 6, 249 (1950).

14. F. D. Coffin and S. L. Simon, J. Appl. Phys., 24, 1333 (1953).

15. A. H. Cottrell, Dislocations and Plastic Flow in Crystals, p. 55,. Oxford 1953.

Коррозионное растрескивание

Исполнитель: студент гр. _103114_Трашков А.С._

Подпись, дата _________________________________

Руководитель: Меженцев А.А._________________

Подпись, дата _________________________________

МИНСК 2004

Содержание

1. Введение

2. Явление и механизм коррозионного растрескивания

А) Коррозионная среда

Б) Структура и состав

В) Напряжения

Г) Характер коррозионных трещин

Д) Предотвращение коррозионного растрескивания

3. Механизм коррозионного растрескивания

4. Начальная стадия локализованной коррозии

       А) Системы сплавов, подверженных межкристаллитному растрескиванию

       Б) Системы сплавов, подверженных внутрикристаллитному растрескиванию

5. Развитие трещин

6. Общие закономерности явления коррозионного растрескивания

7. Заключение

8. Список использованной литературы

 

 

Введение

Широко распространено определение коррозии под напряже­нием как увеличение скорости коррозионного процесса под дейст­вием статических напряжений. Коррозионное растрескивание, как предельный случай коррозии под напряжением, представляет собой полное разрушение металла в результате одновременного воздействия на него напряжений и коррозии. Важно отличать кор­розионное растрескивание от процесса коррозии, ускоряющегося при воздействии напряжений.

Очень интенсивная структурная коррозия может происходить в металлах и при отсутствии внешних приложенных напряжений, как, например, межкристаллитная коррозия некоторых алюминие­вых сплавов или нержавеющих сталей. Роль напряжений заклю­чается, главным образом, в разрушении ослабленных коррозией или хрупких границ зерен металла, что обеспечивает проникнове­ние коррозионной среды в глубь металла. При таких условиях про­цесс развития трещин происходит до тех пор, пока нерастрескав­шаяся часть металла выдерживает приложенную нагрузку, после чего наступает механическое разрушение. Процесс трещинообразо-вания сопровождается непрерывной потерей прочности материала по мере увеличения коррозионного разрушения.

 

ЯВЛЕНИЕ И МЕХАНИЗМ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ

 

В металле, подверженном коррозионному растрескиванию, при отсутствии внешних напряжений обычно происходит очень незна­чительное коррозионное разрушение, а при отсутствии коррозион­ной среды под воздействием напряжений почти не происходит из­менения прочности или пластичности металла. Таким.образом, в процессе коррозионного растрескивания, т. е. при одновремен­ном воздействии статических напряжений и коррозионной среды, наблюдается существенно большее ухудшение механических свойств металла, чем это имело бы место в результате раздельного, но аддитивного действия этих факторов. Коррозионное растре­скивание является характерным случаем, когда взаимодействует химическая реакция и механические силы, что приводит к структурному разрушению. Такое разрушение носит хрупкий характер и возникает в обычных пластичных металлах, а также в медных, никелевых сплавах, нержавеющих сталях и др. в присутствии   определенной коррозионной среды. При исследовании процесса хруп­кого разрушения в результате коррозионного растрескиванир особое значение имеет исследование раздельного воздействия на металл напряжений и коррозионной среды, а также их одновременное воздействие. Однако в процессе коррозионного растрескивания первостепенное значение имеют следующие стадии: 1) зарождение и возникновение трещин и 2) последующее развитие коррозионных трещин. Обе стадии, как будет показано ниже, являются индивидуальными ступенями в процессе коррозионного растрескивания.

Коррозионная среда

 

Средами, в которых происходит коррозионное растрескивание металлов, являются такие среды, в которых процессы коррозии сильно локализованы обычно при отсутствии заметной общей по­верхностной коррозии. Интенсивность локализованной коррозии-может быть весьма значительной, в результате чего прогрессирует процесс развития очень узких углублений, достигая, вероятно, на­ибольшей величины на дне углублений, имеющих радиусы по­рядка одного междуатомного расстояния. Тщательное изучение ли­тературы показывает, что во многих случаях процесс начальной коррозии может иметь место и при отсутствии напряжений, хотя такое коррозионное разрушение может быть совсем незначитель­ным. Некоторые во­просы, относящиеся к роли напряжений в развитии этих чувстви­тельных зон в определенных системах сплавов, еще остаются неяс­ными, но в общем случае это ясно. Кроме того, большинство экспе­риментальных работ показывает, что в том случае, когда началь­ные локализованные коррозионные углубления межкристаллигаы,. то при последующем растрескивании преобладает также межкри-сталлитное разрушение. Если начальная коррозия происходит вну­три зерен металла, то последующее растрескивание имеет внутри-кристаллитный характер. Нет определенных указаний о том, что межкристаллитная трещина будет развиваться из внутрикристаллитного коррозионного углубления, и наоборот. Смешанный тип растрескивания, который иногда наблюдается, может быть обусловлен побочным процессом, связанным с динамикой быстро разви­вающейся трещины.

При воздействии на материал коррозионной среды, которая вли­яет на склонность сплава к коррозионному растрескиванию и характер разрушения, основными факторами являются следую­щие:

1) относительная разность потенциалов микроструктурных фаз, присутствующих в сплаве, что вызывает вероятность местного раз­рушения

2) поляризационные процессы на анодных и катодных участках

3) образование продуктов коррозии, которые оказывают влияние на коррозионный процесс.

Структура и состав

Если локализованная коррозия является важным фактором в об­щем процессе растрескивания, то вполне очевидно, что микрострук­тура металла должна иметь еще большее значение, определяющее вероятность возникновения такого коррозионного разрушения. Опыты со всей очевидностью показывают, что изменения в составе, термообработке, механической обработке и способах изготовления приводят к изменению микроструктуры, а, следовательно, влияют и на устойчивость металла против коррозионного растрескивания. Опыты показывают, что структура металла влияет не только на ха­рактер начального местного разрушения, но также определяет путь и   скорость коррозионного растрескивания.

Кроме того, небольшие изменения в составе сплава, без какого-либо очевидного изменения микроструктуры, приводят к заметному изменению устойчивости сплава против коррозионного растрески­вания. Например, чистая медь в аммиачных средах не подвержена растрескиванию, но примесь менее чем 0,1 % фосфора, мышьяка или сурьмы в однородном твердом растворе делает ее подверженной разрушению. Добавление 0,3% хрома защищает от коррозион­ного растрескивания алюминиевый сплав марки 755, что важно в промышленном отношении и что еще раз подчеркивает значение изменений состава сплава на устойчивость против коррозионного растрескивания.

Напряжения

 

Для того чтобы произошел процесс коррозионного растрескива­ния, необходимо наличие поверхностных или внутренних растяги­вающих напряжений. Обычно встречающиеся на практике разруше­ния обусловлены наличием остаточных напряжений, возникающих, при производстве и обработке металла, но в целях исследования не следует делать разграничения между остаточными напряжениями и напряжениями, возникшими в результате приложенных внешних нагрузок. Коррозионное растрескивание никогда не наблюдалось в результате действия поверхностных сжимащих напряжений; наоборот, сжиающие поверхностные напряжения разрушения  могут использоваться для защиты от коррозионного растрескивания.

При увеличении величины приложенных напряжений умень­шается время до полного разрушения металла. Для кор­розионного растрескивания обычно необходимы высокие напряже­ния, приближающиеся к пределу текучести, однако, часто разруше­ние может наступить и при напряжениях, значительно меньших предела текучести. Для многих систем сплавов наблюдается какой-то «порог» или «предел» напряжений, т. е. напряжения, ниже кото­рых коррозионное растрескивание не происходит за определенный период времени. Такая зависимость, наблюдавшаяся, например, при замедленном растрескивании сталей, указывает, что основную роль в процессе разрушения играют напряжения.

 Имеются доказательства, что основное влияние при коррозионном растрескивании напряжения оказывают незадолго до полного разрушения, т. е. эффективность напряжений не сказывается до определенного периода времени, после чего наступает внезапное разрушение. Этот вывод в дальнейшем подчеркивается рядом на­блюдений, в которых указывается на зависимость времени до пол­ного разрушения от времени приложения напряжений. Показано, что время до полного разрушения,не зависит от того, приложены ли напряжения в начале испытания или на последующих стадиях его.