строение (557054), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Число выбоин будет различным. Вдали от Земли соударение плотных частиц с поверхностью приводит к образованию на последней одной выбоины на нескольких квадратных сантиметрах, вблизи Земли — приблизительно !0' выбоин на той же площади в год, а от рыхлых частиц вероятность составляет 10в см (год и 10з см 17год для больших удалений и для окрестностей Земли соответственно. $6. Контакт с жидкометаллической средой Развитие авиационно-космической и атомной техники тесно связано с разработкой конструкций, в которых имеет место контакт с жидкими расплавами и легкоплавкими металлами — это охлаждаемые высокотемпературные детали с жидкометаллическимн теплоносителями, узлы паяных соединений конструкций, перегретый антифрикционный сплав, трубки реакторов, детали с поверхностными покрытиями из легкоплавких металлов и др.
В практике нередко встречаются опасные хрупкие разрушения деталей при взаимодействии с жидкой металлической средой, иногда с тяжелыми последствиями. Поэтому при решении проблемы надежности и долговечности изделий следует учитывать возможность понижения прочности и пластичности твердых тел в результате физико-химического влияния жидкометаллической среды. Эффект жидкометаллического окрупчиеания является следствием адсорбционного понижения прочности, разновидности «эффекта Ребиндера», открытого академиком П.
А. Ребиндером в 1928 г. для нвметаллических материалов, ФВ, 7Р б, 2(лл уг(7(7 22%7 7(7(7(7 4(7(7 Уо(7 Рнс 112 Днатрвммы растяжения сплава ХН77ТЮ на воздухе и в ме тел яическнх расплава» ((н п = 700 'С) и г(7 аЬ Угр 277(7 К Р Рис. 113. Длительная прочность сплава хиуутю на воздухе (1). в расплавах висмута (2) и сплава свинец †висм (2) ((иы, = 700 'С) Изменение свойств под действием металлических расплавов проявляется при работе разнообразных металлов. Например, цинк становится хрупким и малопрочным при смачивании его ртутью и галлием, латуць — при смачивании оловом, ртутью, литием и висмутом, алюминиевые сплавы весьма сильно реагируют на галлий, олово, титановые сплавы на кадмий и' ртуть. Весьма опасным для прочности стальных деталей является контакт с расплавленным кадмием.
Эта проблема также возникает при пайке стальных конструкций, когда по техно- г(7 гг дт л 4(у йг г(77йрг Рнс. 1!4 Зависимость предела прочно«ти стали 40ХНМЛ от твердости: ! — на воздухе; 2 — в расплзве лития (штриховкой показана область разброса данных) Скорость развития трещин под действием напряжений и расплавленного металла настолько высока, что их образование нельзя объяснить химическими или диффузионными процессами. Хрупкость твердых металлов под действием поверхностно-активных расплавов связана с процессами пластической деформации.
Атомы расплава могут проникать внутрь металла к разви. вающимся зародышевым микротрещинам путем диффузии по дефектам структуры. Кроме того, при смачивании жидким металлом поверхностная энергия твердого тела уменьшается, что приводит к снижению сопротивления отрыву и, как следствие, к развитию хрупких разрушений. Влияние поверхностно-активных веществ (сравнительно легкоплавких металлов и сплавов в жидком состоянии) на поведение поликристаллических твердых тел под нагрузкой проявляется при кратковременных и прн длительных испытаниях.
Деформационные кривые (напряжение — деформация) жаропрочного никелевого сплава ХН77ТЮ на воздухе и в среде жидких расплавов олова, свинца, висмута и их сплавов (свинец †оло и свинец †висм, рис. 1!2) показывают значительное снижение прочности и переход от вязкого разрушения (на воздухе) к хрупкому (в металлической среде) при 700 С. Предел прочности сплава, равный 750 МПа на воздухе снижается до 250 МПа в жидком эвтектическом сплаве свинец †висм. Понижение прочности поликристаллических металлов прн контакте с жидкими металлическими средами зависит от физической природы этих сред. Наибольшей активностью обладают не чистые металлы, а их эвтектические сплавы. 100-часовая длительная прочность этого же сплава прн 700 'С, равная при испытаниях на воздухе 400 Па, снижается до 70 МПа при контакте с жидким эвтектическим сплавом свинец †висм (рис. 113).
нс. 11з Характер Разртшеннн сплава ХНУУУЮ прн адсорбцнанном цейстнн жндкометаллнческой среды свинец — висмут. увелнчецие, о — Х 400: б — х 2000 логии неизбежен кратковременный контакт деталей с припоем в жидком состоянии. Сильно увеличивают эффект жидкометаллического охрупчивания надрезы и другие концентраторы напряжений. Размер площади контакта расплава с напряженным твердым металлом не имеет существенного значения. Важнейшее значение имеют уровень прочности и твердость стали.
Для сталей высокой прочности влияние легкоплавких расплавов особенно опасно (рис. 114). Разрушения под действием жидких металлических сред происходят большей частью по границам зерен твердых сплавов. Адсорбция поверхностно-активных металлов, понижая свободную поверхностную энергию, т. е. работу образования новых поверхностей, тем самым облегчает дальнейший рост трещин. В поликристаллиЧеских телах границы зерен, обладая повышенной свободной энер- гней, представляют собой наиболее выгодный путь для диффузии атомов жидкого металла н дальнейшего развития трещины, предопределяя интеркристаллитный характер разрушепня сплавов прн контакте с жидкой средой. Электронно-микроскопическое исследование указывает на наличие эвтектнки свинец †висм в устье трещины никелевого жаропрочного сплава ХН77Т)О, находящегося под напряжением прн контакте с жидким расплавом (рис. ! ).
15). Понимание процесса жидкометаллнческого охрупчивання, как процесса обратимого, делает возможным изыскивать пути защиты изделий от опасности хрупких поломок, где контакт с жидкими металлами неизбежен. Например, применение медного нлн никелевого подслоя при достаточно высоком качестве их нанесения на стальные узлы паяных соединений; замена оловянно-свинцовых прнпоев свинцово- серебряным с учетом того, что для получения в месте соединения равной прочности необходимо увеличить площадь ваяния; устрайять напряжения (внутренние н от внешней нагрузки) в местах соединения стальных деталей перед пайкой; производить паянне при возможно более низкой температуре. При йримененни жндкометаллическнх теплоносителей (натрия, к ия н их эвтектическнх расплавов) на контактирующие полоал стн деталей, изготовленных нз жаропрочных никелевых сплав ов след ет наносить защитные молибденовые покрытия.
Не следует использовать в конструкции вблизи горячей зоны крепежные д- У етали с легкоплавкими покрытиями, например кадмнрованные болты н др. $7, Коррозионно-активные среды В результате воздействия внешней среды эксплуатационные свойства металлов н сплавов резко ухудшаются, иногда даже без видимого изменения внешнего вида поверхности.
Чаще наблюдаклся изменения, связанные с появлением на поверхности продуктов коррозии. Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или злвктрохимичгского взаимодействия их с окрузсающей средой. В рабочих средах обычно присутствует несколько агрессивных по отношению к конструкцнонному материалу составляющих. В большинстве сред имеются также компоненты (жидкне н твердые вещества в виде взвесей в потоке газа, жидкости), действующие как стимуляторы (реже как ингибиторы) коррозии. По механизму процесса различают химическую и электрохнмнческую коррозию. Химическая коррозия возникает при взаимодействии металлов с сухими газами при повышенных и высоких температурах — воздухом, углекнслым газом, сухим водяным паром, кислородом, продуктами сгорания топлив (газовая коррозия) либо с неэлектролитамн — бензолом, спиртами, углеводами, жидкими топливами (коррозия в неэлектролнтах).
Электрохнмнческая коррозия возникае1 под действием электролитов — ьещесть, ьойные растворы нли расплавы которых содержат подвижные ионы (анноны, катионы) и поэтому проводят электрический ток. К ним относятся влажная атмосфера воздуха (атмосферная коррозия), вода, в том числе речная, морская, кислоты, щелочи, соли, охлаждающие жидкости н другие среды (жндкостная коррозия). Газовой коррозии подвержены многие детали летательных аппаратов н двигателей. Это носовые и лобовые части конструкций— обшивки, экраны, датчики, нагревающиеся до высоких температур от аэродинамического сопротивления воздуха, лопатки турбины н соплового аппарата, жаровые трубы, сопла, клапаны реактив- ных двигателен, работающие в высокоэнтальпниных потоках воз духа и продуктов сгорания различных топлив н др.
Для горячего тракта авиационных двигателей большую опасность представляет разновидность газовой коррозии — солевая коррозия, возникающая при наличии в газовой среде солей некоторых металлов, чаще всего натрия н оксидов натрия, серы, ванадия. Она протекает с большой скоростью, еще более возрастающей с повышением температуры. Атмосферной коррозии подвержены наружные детали конструкций (обшивка, оболочки, обтекателн, шасси), корродирукицие под действием влажного воздуха, дождя, росы, других атмосферных агентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
