На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Современные представления о наиболее опасных коррозионных повреждениях сплавов

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 01.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 13. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):



 
 
 
 
 
РЕФЕРАТ
 
на тему:
«Современные представления о наиболее опасных коррозионных повреждениях сплавов»
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 2009

Содержание
 
Содержание
Введение
1. Теория коррозии
2. Классификация коррозионных процессов.
3. Влияние адсорбционных процессов
4. Коррозионное растрескивание
5. Водородное охрупчивание
6. Гипотезы механизма коррозионного растрескивания
Литература

Введение
 
Подавляющее большинство металлических элементов в земной коре находится в виде окислов, сульфидов, карбонатов и других соединений. При металлургической переработке руд осуществляется восстановление металлов до свободного состояния за счет их перевода на более высокий энергетический уровень. Но природная тенденция к возврату в первона­чальное, энергетически более низкое состояние, а также к образованию соединений сохраняется. Когда металл вступает в реакцию с атомом или группой молекул, теряя при этом электроны, происходит реакция окис­ления. Металл также окисляется и теряет электроны при переходе из од­ной валентности в другую, более высокую. Таким образом, термин «Окисление» описывает переход электронов, а реакция соединения ки­слорода с металлом является частным случаем этого общего процесса. Когда металл окисляется, другой участник реакции восстанавливается, т. е. приобретает электроны. Суммарная реакция окисления этого типа может быть представлена как две отдельные реакции, протекающие од­новременно.
Окисление: электронов.
Восстановление: электронов.
Суммарная реакция: , где z - валентность металла.
Самопроизвольное окисление металлов, наблюдаемое при их экс­плуатации, называется коррозией, а среда, в которой происходит это процесс,- коррозионной или агрессивной. При этом образуются продукты коррозии - химические соединения, содержащие металл в окисленной форме. У большинства металлов в эксплуатационных условиях окисленное (ионное) состояние, в которое они переходят в результате коррозии, является более устойчивым. Следовательно, корро­зию можно определить как самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие взаимодействия их с окружающей (эксплуатацион­ной) средой. Коррозия металлов и сплавов имеет место в большей или меньшей степени всюду, где эксплуатируются металлические изделия и конструкции.
Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз - «металл -окружающая среда»,- т. е. является гетерогенным процессом взаимодей­ствия жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонен­тов) с металлом.


1. Теория коррозии

 
В зависимости от механизма взаимодействия различают химиче­скую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия наблюдается при действии на металлы сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива и др.) и жидких неэлектроли­тов (нефти, бензина и др.) и является гетерогенной химической реакцией жидкой или газообразной среды с металлом. Наиболее распространен­ным видом химической коррозии является газовая коррозия - коррозия металлов в газах при высоких температурах.
Электрохимическая коррозия имеет наибольшее распространение. Этот вид коррозии имеет место при взаимодействии металлов с электролитами (водой, водными растворами солей, кислот, щелочей и т. п.) и является гетерогенной электрохимической реакцией электроли­тов с металлами.
Основная причина коррозии металлов и сплавов - их термодинами­ческая неустойчивость. Термодинамика дает исчерпывающие сведения о возможности или невозможности самопроизвольного протекания кор­розионного процесса в данных условиях.
Термодинамическая стабильность химического соединения опреде­ляется знаком и величиной изменения изобарного потенциала G. Если G1 относится к исходным веществам, G2 - к продуктам реакции, то ?G=G2-G1. Если G1>G2 и ?G>0, то соединение стабильно. Термодинамические по­тенциалы используются для количественной оценки движущей силы процесса. Информацию о скорости процесса коррозии и о влиянии раз­личных факторов дает кинетика.
Простейшую схему гетерогенного процесса коррозии представляют
в виде следующих основных стадий:
а) транспортировка реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;
б) химические взаимодействия;
в) отвод продуктов реакции из реакционной зоны.
Любая из этих стадий может состоять из элементарных процессов, протекающих последовательно, параллельно и сопряженно. Скорость коррозии определяется  скоростью процессов самой медленной стадии. Поэтому исследование кинетики начинают с установления лимитирующей (самой медленной) стадии реакции.
Коррозия стальной арматуры в бетоне является электрохимическим процессом. Поэтому ниже будут кратко изложены основные положения электрохимической теории коррозии металлов.
Электрохимическая коррозия, или коррозия в электролитах, являет­ся результатом работы множества микроскопических короткозамкнутых гальванических элементов, возникающих на поверхности металла при контакте с электролитом. Их возникновение обусловлено неоднородно­стью металла. Таким образом, электрохимическая коррозия предполагает наличие электрического тока, который возникает в процессе коррозии, и не нуждается во внешней причине. При наличии внешней причины в виде блуждающих токов коррозия обычно усиливается.
Известно, что при погружении в электролит двух электродов из разных металлов они обретают различные по величине электрические потенциалы. При замыкании электродов между ними возникает ток. Прохождение тока сопровождается растворением электрода с более электроотрицательным потенциалом - анода.
Короткозамкнутые гальванические элементы могут возникать и на одном металле вследствие наличия участков поверхности с различными потенциалами. Разность потенциалов наблюдается между разными структурными составляющими сплава и примесями, а также между уча­стками поверхности, отличающимися состоянием пленки окислов, обра­боткой и напряженным состоянием.
На величину потенциала металла влияют и многие другие факторы, например состав электролита, скорость его движения, концентрация рас­творенных газов. Поэтому практически всегда при соприкосновении с электролитом на поверхности металла возникают короткозамкнутые гальванические элементы, которые называют коррозионными микро-и макроэлементами.
Электрохимическая коррозия, т. е. деятельность коррозионных гальванических пар,- явление довольно сложное, включающее в себя ряд элементарных процессов. На анодных участках имеет место анод­ный процесс - переход в раствор ионов металла и их гидратация с осво­бождением избыточных электронов, которые, оставаясь в металле, дви­жутся к катодному участку. Схематически это изображается так:
.
На катодных участках поверхности металла избыточные электроны ас­симилируются каким-либо деполяризатором (атомом или ионом раствора, способным восстанавливаться, т. е. поглощать электрон):
.
Наиболее практически важными разновидностями катодного про­цесса являются: катодная реакция восстановления иона водорода в газо­образный водород (водородная деполяризация)
и затем
и катодная реакция восстановления кислорода с превращением его в ион гидроксила (кислородная деполяризация)
.
Происходящие в природе и технике коррозионные процессы в большинстве своем связаны с восстановлением молекулярного кисло­рода. Такому виду разрушения металлы подвергаются при коррозии в воде, атмосфере, почве. Коррозия стали в бетоне, как будет показано ниже, также идет с кислородной деполяризацией.
Катодный и анодный процессы обычно идут на разных участках поверхности металла, и электроны, избыточные у анодов, передвигают­ся в металле к катодам. Соответственно в растворе происходит направ­ленное перемещение ионов (рис. 1). Возникает электрический ток, на­зываемый током; коррозии. При таком механизме коррозии разрушают­ся лишь анодные участки поверхности металла. Продукты коррозии образуются в результате вторичных реакций в электролите:
;
.
Перечисленные выше процессы взаимозависимы и протекают в не­сколько последовательных стадий. В подобных случаях скорость корро­зии в целом будет определяться (контролироваться) скоростью того про­цесса, который в данных условиях протекает наиболее медленно. При коррозии металла в нейтральных и щелочных Средах таким контроли­рующим фактором чаще всего является поступление кислорода к корро­зирующей поверхности.

 
Рис. 1. Схема процесса коррозии:
1 - арматура; 2 - электролит (пленка влаги); 3 – бетон
 
Скорость коррозии, выраженная в весовых потерях металла на единицу поверхности в единицу времени, зависит от величины тока коррозии, т. е. от разности потенциалов анодных и катодных участков и омического сопро­тивления внутренней цепи коррозионного элемента.
Однако начальные значения электродных потенциалов катодных и анодных участков микропар не определяют величину тока и скорость коррозии. Вследствие ряда причин значения этих потенциалов с самого начала работы коррозионного элемента начинают изменяться в сторону уменьшения первоначальной разности, потенциалов. Фактически величи­на тока коррозии, таким образом, определяется не первоначальной, а зна­чительно меньшей разностью потенциалов, как это показано на рис. 2. Это явление, т. е. изменение потенциалов электродов, называют поляри­зацией. Факторы, уменьшающие поляризацию электродов, называются деполяризующими. Различают анодную и катодную поляризацию.
 

 
Рис. 2. Схема изменения потенциалов при замыкании гальванической пары (по Акимову):
?а0 - начальный потенциал анода; ?к0 - начальный потенциал катода;
V0 - начальная разность потенциалов; V- разность потенциалов,
определяющая ток коррозии; ?а - потенциал анода после замыкания;
?к- потенциал катода после замыкания
 
Анодная поляризация вызывается, главным образом, увеличением концентрации ионов растворяющегося металла в прилегающем слое электролита. Движение электролита, уносящего от поверхности анода ионы металла, уменьшает анодную поляризацию. Аналогично действует связывание ионов металла, растворенными веществами с образованием продуктов коррозии. Другой причиной анодной поляризации является образование на аноде нерастворимых и непроницаемых для катионов пленок - пассивирование.
Катодная поляризация вызывается недостаточно быстрым связыванием электронов, поступающих с анодных участков, в результате недостатка де­поляризатора. Характер катодного процесса зависит; от концентрации ионов водорода в электролите. При коррозии в кислых средах (рН<4), как правило, на катоде выделяется водород, в нейтральных и щелочных средах поглоща­ется кислород. Кислород играет в коррозии двоякую роль: с одной стороны, как деполяризатор он может усиливать ее, а с другой - тормозить за счет образования и поддержания в стабильном состоянии защитных окисных пленок на поверхности металла.
Вещества, повышающие скорость коррозии, обычно называют сти­муляторами, а вещества, которые снижают ее скорость,- замедлителями коррозии. В зависимости от механизма действия замедлители делятся на ингибиторы и пассиваторы. Кислород, например, является одновременно и стимулятором и пассиватором. Он способствует улучшению защитной окисной пленки, т. е. уменьшает вероятность коррозии, сокращает число очагов, в которых может возникнуть коррозионный процесс. Вместе с тем кислород повышает скорость коррозии в начавших корродировать точ­ках, т. е. действует стимулирующе, поскольку является сильным катод­ным деполяризатором.
Сильнейшими стимуляторами коррозии являются ионы хлора. Не­сколько слабее действие судьфат-ионов. Успешно тормозят коррозион­ный процесс в нейтральных и щелочных средах сильные окислители - соли щелочных и щелочноземельных металлов: хроматы, нитраты и др. Однако, действуя в основном на анодный процесс и сокращая пло­щадь анодных участков, эти ингибиторы являются опасными: в случае недостаточной концентрации они, уменьшая площадь распространения коррозии, могут повысить ее интенсивность, т. е.увеличить глубину проникания.
Повышение температуры может вызвать и ускоряющий и замедля­ющий эффект. В частности, при кислородной деполяризации повышение температуры сверх определенного предела замедляет коррозионный процесс вследствие уменьшения растворимости кислорода.
 

2. Классификация коррозионных процессов.

 
1. По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов:
1) химическая коррозия - взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте;
2) электрохимическая коррозия - взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте, и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
2. По условиям протекания коррозии, которые весьма разнообразны, различают несколько видов коррозии:
1) газовая коррозия - коррозия металлов в газах при высоких температурах (например, окисление и обезуглероживание стали при нагревании);
2)атмосферная коррозия — коррозия металлов в атмосфере воздуха, а также любого влажного газа (например, ржавление стальных конструкций цехе или на открытом воздухе);
3) жидкостная коррозия - коррозия металлов в жидкой среде: в неэлектролите (бром, расплавленная сера, органический растворитель, жидкое топливо) и в электролите (кислотная, щелочная, солевая, морская, речная коррозия, коррозия в расплавленных солях и щелочах);
4) подземная коррозия -коррозия металлов в почвах и грунтах (например, ржавление подземных стальных трубопроводов);
5) биокоррозия - коррозия металлов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов (например, усиление коррозии стали в грунтах сульфатредуцирующими бактериями);
6) структурная коррозия - коррозия, связанная со структурной неоднородностью металла (например, ускорение коррозионного процесса в растворах H2SO4 или НСl катодными включениями: карбидами в стали, графитом в чугуне, интерметаллидом CuAl2 в дюралюминии);
7) коррозия внешним током - электрохимическая коррозия металлов под воздействием тока от внешнего источника (например, растворение стального анодного заземления станции катодной защиты подземного трубопровода);
8) коррозия блуждающим током - электрохимическая коррозия металла (например, подземного трубопровода) под воздействием блуждающего тока;
9) контактная коррозия — электрохимическая коррозия, вызванная контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите (например, коррозия в морской воде деталей алюминиевых сплавов, находящихся в контакте с медными деталями);
10) щелевая коррозия - усиление коррозии в щелях и зазорах между металлами (например, в резьбовых и фланцевых соединениях стальных конструкций, находящихся в воде), а также в местах неплотного контакта металла с неметаллическим коррозионноинертным материалом;
11) коррозия под напряжением - коррозия металлов при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. В зависимости от характера нагрузок может быть коррозия при постоянной нагрузке (например, коррозия металла паровых котлов) и коррозия при переменной нагрузке (например, коррозия осей и штоков насосов, рессор, стальных канатов); одновременное воздействие коррозионной среды и знакопеременных или циклических растягивающих нагрузок часто вызы­вает коррозионную усталость - понижение предела усталости металла;
12) коррозионная квитанция - разрушение металла, вызванное одно временным коррозионным и ударным воздействием внешней среды (например, разрушение лопастей гребных винтов морских судов);
13) коррозия при трении (коррозионная эрозия) — разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием коррозионной среды и трения (например, разрушение шейки вала при трении о подшипник, омываемый морской водой);
14)              фреттинг-коррозия - коррозия  металлов  при  колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды (например, разрушение двух поверхностей металлических деталей машины, плотно соединенных болтами, в результате вибрации в окислительной атмосфере, содержащей кислород).
3. По характеру коррозионного разрушения различают следующие виды коррозии (рис. 3):
1)              сплошная, или общая, коррозия (рис. 3, 1а - 1в), охватывающая всю поверхность металла, находящуюся под воздействием данной коррозионной среды. Сплошная коррозия бывает:
а)              равномерной (рис. 3, 1а), которая протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в растворах H2SO4);
б)              неравномерной (рис. 3, 1б), которая протекает с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла (например, коррозия углеродистой стали в морской воде);
в)              избирательной (рис. 3, 1в), при которой разрушается одна структурная составляющая сплава (графитизация чугуна) или один компонент сплава (обесцинкование латуней);
2)              местная коррозия (рис. 3, 2а — 2и), охватывающая отдельные участки поверхности металла.
Местная коррозия бывает:
а)              пятнами (рис. 3, 2а) - в виде отдельных пятен (например, коррозия латуни в морской воде);
б)              язвами (рис. 3, 26) — коррозионное разрушение, имеющее вид раковины (например, коррозия стали в грунте);
в)              точечной (питтинг) (рис. 3, 2в) - в виде отдельных точечных поражений (например, коррозия аустенитной хромоникелевой стали в морской воде);
г)              сквозной (рис. 3, 2г), которая вызывает разрушение металла насквозь (например, при точечной или язвенной коррозии листового металла);
 

 
Рис. 3. Характер коррозионных разрушений
 
д) нитевидной (рис. 3, 2д), распространяющейся в виде нитей пре­имущественно под неметаллическими защитными покрытиями (напри­мер, на углеродистой стали под пленкой лака);
е)              подповерхностной (рис. 3, 2е), начинающейся с поверхности, но распространяющейся преимущественно под поверхностью металла таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточенными в некоторых областях внутри металла; подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание металла и его расслоение (например, образование пузырей на поверхности недоброкачественного прокатанного листового металла при коррозии или травлении);
ж)              межкристаллитной (рис. 3, 2ж), распространяющейся по границам кристаллов (зерен) металла. Этот вид коррозии особенно опасен тем, что, не изменяя часто внешнего вида металлической конструкции, ведет к быстрой потере металлом прочности и пластичности;
з)              ножевой (рис. 3, 2з) - локализованная коррозия металла, имеющая вид нареза ножом в зоне сплавления сварных соединений в сильноагрессивных средах (например, случаи коррозии сварных швов хромоникелевой стали Х18Н10 с повышенным содержанием углерода в крепкой HNO3);
и) коррозионным растрескиванием - коррозия металла при одно­временном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных (рис. 3, 2и) или межкристаллитных трещин;
к) коррозионной хрупкостью, приобретенной металлом в результате коррозии (например, водородное охрупчивание труб из высокопрочных сталей в условиях сероводородных нефтяных скважин).
Вклад различных коррозионных поражений в общий ущерб от коррозии зависит от множества факторов и для конкретных условий эксплуатации, естественно, различен.
 

3. Влияние адсорбционных процессов

 
Любой реальный коррозионный процесс является химически слож­ным: он не соответствует тому простому случаю, при котором один ме­талл окисляется до- ионного состояния, а другой восстанавливается, при­обретая электроны. Более реальной является такая модель, когда в пер­вую очередь следует учитывать поверхностные явления - адсорбцию компонентов среды на поверхности, которые вызывают или способству­ют началу коррозионного процесса.
Адсорбцией называют процесс концентрации газообразного или растворенного компонента среды на поверхности металла. В зависимости от природы сил межмолекулярного взаимодействия на поверхности раз­дела адсорбция бывает физической (силы Ван-дер-Ваальса) и химиче­ской, обусловленной валентными силами. Физическая адсорбция обра­тима, она обычно снижается с ростом температуры, и в основном носит полимолекулярный характер. Химическая адсорбция необратима, она существенно усиливается с повышением температуры, и носит преиму­щественно мономолекулярный характер. Особенностью адсорбции на металлах является то, что далеко не все участки их поверхности облада­ют одинаковыми адсорбционными свойствами. Например, места выхода на поверхность дислокаций, грани кристаллов и т. п. обладают более вы­сокой адсорбционной способностью, чем остальные участки поверхно­сти. Эти места называют активными адсорбционными центрами. Они занимают незначительную часть поверхности, но именно они определяют адсорбцию компонентов раствора на поверхности твердого тела.
Адсорбция (Г) на твердой металлической поверхности из жидкой или га­зообразной внешней среды описывается уравнением Ленгмюра:

где Гм — предельная адсорбция в молях на единицу адсорбирующей по­верхности; А - постоянная для данного адсорбируемого вещества, равная отношению констант скоростей адсорбции и десорбции; С - концентра­ция адсорбируемого вещества в растворе электролита или газообразной внешней среде.
На поверхности адсорбируются те вещества, которые способствуют снижению поверхностной энергии (исключение возможно при химиче­ской адсорбции, при которой поверхностное натяжение в ряде случаев повышается). Количество адсорбированного на поверхности вещества зависит от его равновесного давления (адсорбция из газовой фазы) или концентрации (адсорбция из раствора) при постоянной температуре.
Адсорбция изменяет стационарное состояние поверхности металла. Состояние поверхности раздела фаз «металл - электролит» при адсорбции компонентов раствора количественно описывается уравнением Гиббса:

где ?n - поверхностное натяжение, или обратимая поверхностная энергия (работа увеличения границы раздела на 1 м2 в равновесных условиях), Гi — адсорбция, ?I - химический потенциал адсорбируемого компонента. Из этого уравнения следует, что с адсорбцией работа увеличения границы раздела на 1 м2 снижается, т. е. разрушение (образование новых поверхностей) облегчается. Однако при адсорбции не на жидкой, а на твердой поверхности (на металлах) поверхностное натяжение и поверхностную энергию полностью отождествить нельзя, так как поверхностное натяже­ние поликристаллов зависит также от кристаллического строения поверхности.
Адсорбция на поверхности металлов из растворов электролитов в значительной степени зависит от величины и знака заряда поверхности по отношению к раствору, т. е. зависит от потенциала металла. Неионогенные (недиссоциирующие) поверхностно-активные "вещества адсорбируются на металлах при очень малых зарядах; на положительно заряженных металли­ческих поверхностях адсорбируются анионы, на поверхностях, несущих от­рицательный заряд,— катионы. С увеличением потенциала поверхности ме­талла в электролите адсорбция поверхностно-активных веществ возрастает до известного предела, после которого резко наступает десорбция, поскольку усиливающееся электрическое поле двойного электрического слоя (а ад­сорбция реализуется именно в двойном слое) как бы выталкивает с поверхности металла элементы адсорбата с меньшей диэлектрической по­стоянной.
Явление адсорбционного понижения прочности материалов было открыто и объяснено советским ученым П. А. Ребиндером в 1928 г. (полу­чило его имя - эффект Ребиндера). Оно заключается в понижении проч­ности и облегчении деформации твердого тела под влиянием адсорбции компонентов среды. Эффект Ребиндера - основа физико-химической механики материалов.
Вначале под эффектом Ребиндера понимали собственно понижение прочности и облегчение деформации при снижении уровня поверхност­ной энергии вследствие явления адсорбции. В последнее время представ­ление об этом эффекте существенно расширилось. Было доказано, что уровень поверхностной энергии снижается не только вследствие адсорб­ции, но ив результате внешней поляризации. Эффект Ребиндера объяс­няет явление трения и изнашивания, фреттинг-коррозии, причины раз­рушений в средах, открывает путь к созданию материалов с заранее за­данными свойствами, а также используется при усовершенствовании процессов протяжки, штамповки и диспергирования твердых тел.
Разрушение металлов происходит вследствие развития в них трещин. Согласно общеизвестному уравнению Гриффитса, которое является основным уравнением механики хрупкого разрушений твердых тел, разрушающее напряжение ? связанно с поверхностной энергией ?n следующим образом:
,
где Eю - модуль Юнга; l - длина трещины.
Эффект Ребиндера проявляется лишь при наложении на материал растягивающих напряжений, для сжимающих напряжений адсорбцион­ное понижение прочности не реализуется. Другое важное условие прояв­ления этого эффекта — хорошее смачивание адсорбирующийся веществом поверхности материала. Наличие на металле оксидных пленок, за­трудняющих непосредственный контакт металла с веществом, препятст­вует адсорбционному разупрочнению. Кроме того, проявление эффекта адсорбционного понижения прочности зависит также от температуры, скорости наложения деформации, наличия в адсорбирующемся веществе добавок, от состава и структуры твердого материала.
Влияние адсорбции на прочность сталей и сплавов при статическом и периодическом нагружении впервые было исследовано Г. В. Карпенко и его последователями. Так было открыто новое явление - адсорбционной устало­сти сталей - и показано, что эффект Ребиндера при многих видах нагружения является первичным и универсальным.
Согласно этим представлениям, следует различать «внешний» и «внутренний» эффекты Ребиндера. «Внешний» эффект вызывается ад­сорбцией компонентов среды на внешней поверхности деформируемого материала, что облегчает выход на поверхность и разрядку там дислока­ций, обусловливая этим пластификацию материала, снижение предела те­кучести и коэффициента упрочнения. «Внутренний» эффект реализуется с проникновением активных компонентов среды внутрь металла, образо­ванием из них «облаков» Котрелла, которые блокируют движение дисло­каций, охрупчивая металл.
Установлено, что эффект Ребиндера особенно сильно разупрочняет ста­ли при контакте их с жидкими расплавами легкоплавких щелочных металлов, применяемых, в частности, в качестве теплоносителей в атомной энергетике. По данным Г. В. Карпенко, проявление эффекта адсорбционного понижения прочности металлов наблюдается также в адсорбционно-малоактивных по отношению к металлам веществах: органических кислотах, спиртах, смазоч­ных маслах и других средах.
Адсорбционно-активные по отношению к металлам среды мало влияют на вязкость разрушения, поскольку плохо проникают в вершину трещин, в то же время такие среды облегчают и ускоряют зарождение трещин. Эффект Ребиндера в наибольшей степени проявляется на хрупких сталях.
Роль адсорбционных процессов в механике разрушения в агрессив­ных средах велика и выходит далеко за рамки эффекта Ребиндера. Корро­зионный процесс начинается с адсорбции компонентов среды на актив­ных центрах металлической поверхности, т. е. явление адсорбции пред­шествует процессу коррозии, и как бы служит его первопричиной. Адсорбционное снижение уровня поверхностной энергии облегчает выход и разрядку на поверхность металла дислокаций. Места их выхода (ямки травления) обладают повышенным уровнем энергии, и служат источни­ками зарождающихся коррозионно-механических трещин. Явление наводороживания металла (абсорбция водорода металлом) протекает через стадию адсорбции водорода на металлической поверхности.
 

4. Коррозионное растрескивание

 
Коррозионное растрескивание можно определить как самопроиз­вольное разрушение металла (сплава) при одновременном воздействии коррозионной среды и статических растягивающих напряжений. При действии циклических напряжений это явление называют коррозионной усталостью (в настоящей работе не рассматривается).
Коррозионное растрескивание происходит за счет образования тре­щин, зарождающихся, как правило, на поверхности металла и распро­страняющихся вглубь перпендикулярно (макроскопически) направлению действия растягивающих напряжений. На поверхности излома обычно наблюдается две зоны: зона хрупкого разрушения, образующаяся в ре­зультате развития коррозионной трещины и имеющая обычно темную окра­ску, и светлая зона долома оставшегося сечения, образовавшаяся за счет ме­ханического разрыва материала (рис. 4). Коррозионные трещины могут иметь межкристаллитный, внутрикристаллитный или смешанный характер. Распространение трещин при коррозионном растрескивании на раз­личных этапах разрушения происходит с различной скоростью. Наиболее час­то коррозионные трещины распространяются со скоростью порядка 1 см/ч, что примерно в тысячу раз быстрее электрохимической коррозии.
 

 
Рис. 4. Излом арматурного стержня в результате коррозионного растрескивания (темная лунка - след коррозионной трещины)
 
Коррозионное растрескивание происходит при практически полном отсутствии пластической деформации макрообъемов металла. Оно про­является в различных средах: в растворах кислот и щелочей, в сероводородсодержащих средах, в средах, содержащих аммиак, циановодород и оксид углерода, в растворах нитратов, хлоридных растворах и мно­гих других.
Особая опасность коррозионного растрескивания заключается в локализации процесса хрупкого разрушения, происходящего без каких-либо заметных внешних признаков поверхностного повреждения (общая коррозия, язвенные поражения и т. п.), которые либо отсутствуют вооб­ще, либо весьма незначительны.
Процессы, приводящие к хрупкому разрушению при коррозионном растрескивании, в большинстве случаев контролируются целым ком­плексом разнообразных химических и металлургических факторов, дей­ствующих одновременно и до настоящего времени недостаточно изучен­ных. Считают, что определяющими процесс разрушения при растрески­вании являются следующие факторы: растягивающие напряжения (внеш­ние или внутренние), специфическая коррозионная среда и состояние металла (сплава). Отсутствие одного из них делает разрушение невоз­можным.
Коррозионное растрескивание вызывают только растягивающие на­пряжения, независимо от того, каким способом они созданы. В то же время при изоляции поверхности металла от воздействия коррозионной среды одни механические напряжения к растрескиванию не приводят, а хрупкое разрушение напряженного металла наблюдается только до тех пор, пока присутствует данная среда. Это свидетельствует о неразрывной связи действующих напряжений и среды. Она сводится частично к тому, что коррозионная среда вызывает образование зароды­шей трещин (питтингов, язв и т. п.), способствующих формированию локальных пиков напряжений и приводящих к локальным перегрузкам материала, которые вызывают разрывы защитных пленок и обнажение свежих поверхностей, а также к тому, что места локализации пиков на­пряжений становятся значительно менее благородными и это увеличи­вает разность потенциалов.
По мнению некоторых исследователей, растягивающие напря­жения ускоряют растворение металла и вследствие структурных измене­ний - под воздействием растягивающих напряжений - могут иметь место локальное разложение метастабильных фаз, появление полос скольже­ния и скопления на них дислокаций и другие процессы, вызывающие возникновение анодных, тропинок, по которым развиваются коррозион­ные трещины.
Есть мнение , что растворение металла в вершине концентрато­ра происходит только при достижении некоторого критического напря­жения. Согласно данным некоторых исследователей, одним из условий коррозионного растрескивания является наличие растягивающих напряжений (приложенных или остаточных) которые могут и не превос­ходить макроскопического предела текучести, но должны быть доста
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.