5.3 Коррозионная усталость.
При приложении достаточно высоких переменных многократно изменяющихся напряжений металлы и сплавы обнаруживают усталостное разрушение. Цикл переменных напряжений может быть
Рис. 5.2 – Усталость металлов на воздухе (1) и в коррозионной среде (2)
симметричным, пульсирующим или асимметричным. Максимальное напряжение, при котором усталостное разрушение металлов при комнатной температуре не наступает через 107 и более циклов называют пределом выносливости s–1(кривая 1).При одновременном действии переменных напряжений и коррозионной среды в металле возникают повреждения, которые вызывают уменьшение числа циклов до разрушения (кривая 2).
Понижение предела усталости металла, возникающие при одновременном воздействии циклических напряжений и коррозионной среды, называется коррозионной усталостью. Переменное напряжение, которое вызывает коррозионную усталость металла через заданное число циклов, называют условным пределом коррозионно-усталостной прочности. На условный предел коррозионной усталости влияют химический и фазовый состав сплавов, состав коррозионной среды, вид и частота нагружений.
На воздухе предел выносливости низколегированных конструкционных и нержавеющих сталей с увеличением предела прочности (временного сопротивления) повышается. В коррозионных средах (водопроводная вода) условный предел коррозионной усталости конструкционных низколегированных сталей независимо от их прочности составляет всего 100 – 150 МПа. Значительно лучше стоят нержавеющие стали, причем с увеличением sв усталостная прочность также увеличивается.
Процесс коррозионной усталости имеет электрохимическую природу, и поэтому число циклов до разрушения в растворах электролитов зависит от навязанного (внешнего) потенциала. Так, например, предел коррозионной усталости стали 45 в 3%-ном растворе NaCl при катодной поляризации при плотности тока 0,5 А/дм2 достигает значения предела выносливости на воздухе.
5.4 Коррозия при трении.
В процессе химической или электрохимической коррозии на поверхности металла образуются оксидные, гидроксидные или солевые пленки. Удаление этих пленок может происходить, например, при колебательном перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. Такой вид коррозии называется фреттинг-коррозией. Она возникает в узлах с малоподвижными соединениями, например в различных болтовых стыках, заклепочных соединениях, замковых соединениях лопаток и др.
В процессе работы этих соединений, соприкасающиеся поверхности деталей совершают повторные относительные перемещения, в результате чего происходят механические нарушения пленок. Частицы чистого металла окисляются кислородом воздуха с образованием оксидов. При относительном перемещении поверхностей деталей продукты износа нарушают пленки, усиливают коррозию и износ металлов.
Таким образом, фреттинг-коррозия представляет собой два сопряженных процесса:
а) электрохимическое или химическое взаимодействие металла со средой с образованием пленок оксидов;
б) механический процесс износа пленок, а при значительных удельных нагрузках – и самого металла.
Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы металла, состава среды, температуры, удельной нагрузки и др. Для протекания фреттинг-коррозии при трении стали о сталь необходимо присутствие кислорода. В атмосфере азота уменьшение массы стали гораздо меньше.
Защиту от фреттинг-коррозии осуществляют рациональным выбором контактирующих металлов, нанесением металлических и неметаллических покрытий, применением жидких и твердых смазок.