165552 (739819), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

В результате пластической деформации обычно происходит раз­рушение защитных поверхностных пленок в трещине, что вызывает ускорение коррозионного процесса. Но разрушение пленки может играть и более существенную роль в процессе деформации. Было показано, что защитные пленки на монокристаллах и в некоторых поликристаллических материалах препятствуют протеканию про­цессов ползучести и деформации. Было высказано предположе­ние, что такие пленки действуют как барьер при передвижении дислокаций и, следовательно, препятствуют деформации. Кон­центрация дислокаций под поверхностной пленкой вызывает высо­кую концентрацию напряжений. Когда пленка разрушается или устраняется химическим путем, дислокации стремятся к передвиже­нию по своему первоначальному направлению, вызывая тем самым самопроизвольную деформацию. Если это передвижение происходит в плоскости развития трещины, должно происходить ее углубление и расширение. Деформация, которая происходит у вер­шины трещины, очень локализована и трудно обнаруживается обычными методами металлографического анализа. Кроме того, cледует учесть, что деформированные участки и поверхности образующихся трещин подвержены интенсивной коррозии, которая может легко уничтожить все признаки существования деформации.

Имеются данные о том, что напряженные и деформированные металлы более активны, чем ненапряженные. Таким образом, участкам с коррозионными трещинами свойственна большая электрохимическая активность, что приводит к ускорению процесса трещинообразования. Не может быть сомнения, что ускоренный коррозионный процесс вызван разрушением поверхностной пленки и наличием напряженных анодных участков, но мало вероятно, что эти факторы способствуют общему процессу развития трещин. Если они оказывают влияние, то только в основном на возникновение небольших местных трещин, необходимых для создания концентра­ции напряжений и последующего трещинообразования.

Развитие трещины, которая вызывает разрушение металла, не обязательно происходит в том же месте, где появилась первая мел­кая трещина. Форма образца и характер деформации могут быть такими, что основная трещина развивается на некотором расстоя­нии от первоначально появившейся небольшой трещины.

Ирвин и соавторы характеризуют процесс развития тре­щины следующим образом. Первоначальное зарождение трещин происходит на разрозненных, не связанных между собой участках с большими растягивающими напряжениями. Мелкие разрознен­ные трещины, соединяясь, образуют одну трещину. Как отмечается, процесс трещинообразования начинается на ослабленных участках металла, и первые стадии его сопровождаются пластической дефор­мацией. Развитие трещины носит прерывистый характер, и это является основным свойством быстрого трещинообразования.

Быстрое начало и прекращение отдельных процессов прерыви­стого трещинообразования производит на металл сильное механи­ческое воздействие, что может вызвать дальнейшее развитие и раз­ветвление трещины. Развитие трещины приостановится, когда она достигнет области, где нет достаточных растягивающих напряже­ний, направление которых перпендикулярно направлению развития трещины. Следовательно, для последующего развития трещины не­обходима дальнейшая деформация. Большие трещины обладают способностью развиваться быстрее, чем мелкие. По мере роста мелких трещин крупные трещины развиваются значительно бы­стрее, и вскоре начинает преобладать только одна трещина, кото­рая останавливает развитие других. Характер развития трещин в пластичных металлах обеспечивает возникновение ряда быстро развивающихся трещин, так как новые трещины образуются по ходу .продвижения основной трещины и соединяются с ней. Когда энергия деформации, выделяющаяся при развитии основной тре­щины, становится равной работе деформации, происходит процесс быстрого саморастрескивания. В эту главу не входит подробное обсуждение работ Ирвина и Орована об относительном равновесии между совершённой работой и энергией, освобождаю­щейся при развитии трещины. Следует указать, что если энергия деформации, выделяющаяся при развитии трещины, больше энер­гии, необходимой для нового разрушения поверхности, трещина будет развиваться самопроизвольно. Ирвин также показал, что ско­рость развития трещины будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто неустойчивое состояние, после чего произойдет быстрое разрушение.

Изложенное рассмотрение процесса возникновения и развития трещины более точно характеризует природу коррозионного растре­скивания. На прерывистый характер развития трещин указывают Эделеану, Джильберт и Хадден, Фармери для алюминие­вых сплавов, а также Преет, Бек и Фонтана для магниевых спла­вов. Очевидно, нет сомнения, что при растрескивании материал подвергается серии отдельных механических разрушений, которые, соединяясь вместе, образуют трещину. Кроме того, фильмы и микрофотографии, имеющиеся в литературе, показывают, что растрескивание происходит путем продвижения развивающейся трещины. Можно ожидать, что изложенный механико-электрохимический механизм коррозионного растрескивания может достаточно точно объяснить наблюдаемые явления процесса коррозионного растрескивания, среди которых основ­ными являются следующие:

1. Трещины не возникают и не развиваются под действием сжи­мающих напряжений.

2. Более высокие напряжения, особенно напряжения, близкие к пределу текучести, вызывают более высокую концентрацию на­пряжений и соответственно уменьшают устойчивость металла прот­ив растрескивания.

3. Для создания достаточной концентрации напряжений и после­дующей деформации необходим какой-то минимум напряжений, тот минимальный предел напряжений не является абсолютной величиной и зависит от формы образца и условий испытания. Следует также указать, что предел упругости или текучести на отдельных микроскопических участках может быть значительно ниже, чем те­кучесть сплава.

4. В том случае, когда разрушение металла происходит почти сразу после образования первоначальной трещины, время до рас­трескивания зависит от времени, необходимого для зарождения мелких коррозионных трещин. Важным фактором является также состояние поверхности. При разрушении, включающем ряд повтор­ных циклов процесса растрескивания, общее время до разрушения определяется как суммарное время образования серии коррозион­ных трещин. Не наблюдается значительного отличия во времени до разрушения образцов, нагруженных в течение всего испытания, и образцов, нагруженных незадолго до разрушения; время, необхо­димое для коррозионного растрескивания, не зависит существенно от условий создания напряженного состояния металла.

5. Доказательством того, что наибольшее влияние приложен­ные напряжения оказывают незадолго до разрушения, служит самопроизвольное растрескивание металла после зарождения пер­воначальной трещины. Если процесс растрескивания происходит за счет образования серии мелких трещин и по мере развития трещины металл приближается к неустойчивому состоянию, то при на­личии деформированных участков металлапроизойдет самопроиз­вольное развитие трещины и полное разрушение металла.

6. Катодная защита препятствует развитию локальных корро­зионных разрушений. При наложении катодного тока увеличи­ваются радиусы возникающих коррозионных углублений, в резуль­тате чего коррозионный процесс может происходить только при увеличении напряжений. Поэтому для предотвращения коррозион­ного растрескивания при повышенных напряжениях должна приме­няться более эффективная защита, которая будет препятствовать возникновению локальных коррозионных разрушений и созданию концентраторов напряжений.

Полагают, что если развитие трещины достигнет такого зна­чения, что создаются условия для самопроизвольного растре­скивания, то применение ка­тодной защиты не окажет ни­какого влияния.

7. Если время до растрески­вания относительно мало и раз­вивается только одна или не­сколько трещин, то не наблю­дается существенного отличия в коррозии (в количестве ме­талла, переходящего в раствор) напряженных и ненапряженных образцов, как показал, например, Эделеану для сплава А1—7% Мg, так как развитие трещин идет практически только за счет механического разрушения. С другой сто­роны, процесс химического разрушения приводит к переходу в рас­твор измеримого количества металла, но переход металла в раствор не будет существенно зависеть от времени до разрушения.

8. Предложенный механизм растрескивания согласуется с наблюдаемым явлением, обнаруживающим одинаковую скорость развития образовавшихся трещин в материале, подверженном коррозионному растрескиванию, и в сравнительно устойчивом материале. Зависимость устойчивости металла против коррозионного растре­скивания от его структуры и коррозионной среды в значительно мольшей степени проявляется в первый период зарождения локаль­ного разрушения, чем при последующей стадии развития трещин.

9. Чем меньше размер зерна металла, тем больше его устойчи­вость против коррозионного растрескивания. При увеличении раз­мера зерна уменьшается время до разрушения. Казалось бы, что чем больше число зерен, тем больше число границ зерен, имеющих высокую электрохимическую активность, в результате чего более вероятен процесс локального коррозионного разрушения; однако при мелкозернистой структуре условия для зарождения трещин довольно неблагоприятные. Доказано, что сопротивление хрупкому разрушению поликристаллических металлов обратно пропорционально квадратному корню размера зерна. Сле­довательно, для разрушения мелкозернистого поликристалличе­ского материала требуются повышенные напряжения. Поэтому крупнозернистые металлы с благоприятной ориентацией границ зерен очень неустойчивы против коррозионного растрескивания.

В случае межкристаллитного растрескивания большое значение имеет выделение растворенных атомов по границам зерен, так как предполагается, что адсорбция растворенных атомов по границам зерен уменьшает энергию границ зерен и снижает напряжения, необходимые для того, чтобы вызвать хрупкое разрушение (т. е. снижает работу, необходимую для образования новой поверхности). Любой адсорбционный процесс на участках металла с несо­вершенной структурой, который уменьшает работу, необходимую для образования новой поверхности, значительно увеличивает тен­денцию таких участков к трещинообразованию при наличии напря­жений.

Очевидно, следует предположить, что хрупкое межкристаллитное растрескивание сплавов вызвано содержанием по границам зерен интерметаллических фаз; в этом случае существуют очень благо­приятные условия для развития по границам зерен местной корро­зии, а развитие хрупкого разрушения происходит за счет интерметаллической фазы. Для однородных твердых растворов, в которых имеет место межкристаллитное растрескивание (напри­мер, в а-латуни), определяющим фактором является адсорбция или выделение растворенных атомов по границам зерен.

12 Общие закономерности явления коррозийного растрескивания

Вполне очевидно, что сплавы, основу которых составляют благо­родные металлы, являются наиболее устойчивыми против коррози­онного растрескивания, так как легирующие компоненты таких сплавов всегда менее благородий. Кроме того, для таких сплавов ограничено число коррозионных сред, в которых может происхо­дить растрескивание. С другой стороны, для такого очень актив­ного металла, как магний, все легирующие компоненты более бла­городны, поэтому магниевые сплавы сильно подвержены коррозион­ному растрескиванию. Для магния даже вода является активной коррозионной средой.

Среди специальных групп сплавов, не подверженных коррозион­ному растрескиванию, можно отметить сплавы золота, палладия и платины.

Однако для сплавов серебра условия для коррозионного растре­скивания более благоприятны. Во-первых, серебро часто исполь­зуется в виде сплава с более благородными металлами, такими, как золото, палладий и платина; во-вторых, серебро быстро вступает .в реакцию с сильными окислителями, такими, как азотная и хромовая кислоты, а также с соляной кислотой и хлорным железом. Пре­дел устойчивости для этих сред лежит примерно при 40 ат. % Аu, так что коррозионное растрескивание будет иметь место во всех сплавах с золотом, содержащих менее 58,5 вес. % золота. В связи с этим имеются многочисленные примеры коррозионного растрески­вания сплавов серебра, содержащих золото и палладий, применяю­щихся в зубоврачебном деле. Коррозионное растрескивание этих сплавов наблюдалось после очистки их в соляной кислоте в про­цессе производства. С другой стороны, сплавы серебра, содержащие менее благородные компоненты, не подвержены коррозионному рас­трескиванию. Это подтвердилось при испытании однородных сплавов системы Аu—Zn, содержащих 25 ат. % Zn, и сплавов системы Ag—А1, содержащих 13 ат. % А1. Образцы из этих сплавов, испы­тываемые под напряжением в 2%-ном растворе FeС3, не подверга­лись коррозионному растрескиванию даже в течение продолжитель­ного времени испытания.

Медные сплавы более подвержены коррозионному растрески­ванию. Число более благородных легирующих компонентов для меди не меньше, чем для серебра, но основная опасность обуслов­лена тем, что в любой среде, содержащей хотя бы незначительное количество аммиака, происходит коррозионное растрескивание мед­ных сплавов. Все сплавы, содержащие небольшое количество зо­лота, использующиеся в производстве ювелирных изделий, явля­ются сплавами на медной основе. Из всех использующихся сплавов меди с золотом только один сплав, содержащий 75 вес.% золота, не подвержен коррозионному растрескиванию. Для остальных сплавов их устойчивость зависит от коррозионной среды и предела устойчи­вости.

Предел устойчивости для сплавов системы Сu—Аu в растворе аммиака составляет примерно 20 ат.% Аu, так что сплавы, содержащие 50 вес. % золота, не подвержены коррозион­ному растрескиванию в этой среде. Но в 2 %-ом растворе FeС3 та­кие сплавы, содержащие меньше 35 ат.% Аu, подвержены коррози­онному растрескиванию. Поэтому в ювелирном деле следует при­менять сплавы, содержащие не менее 58,5 вес.% золота, с использованием их при возможно более низких напряжениях. Однако в случае технического использования, включающего наличие в сплаве внутренних напряжений и воздействие коррозионной среды (например, изготовление перьев для авторучек), такие сплавы не­достаточно устойчивы. Но если часть меди в этих сплавах заменять серебром (по весу), как это часто делается на прак­тике, то атомная доля золота в сплаве увеличивается и соответ­ственно увеличивается сопротивление коррозионному растрескива­нию.

Характеристики

Список файлов реферата