Випробування на корозійне розтріскування

Лабораторна робота № 3

Визначення хімічних властивостей металів і сплавів

Для характеристики хімічних властивостей металів залежно від складу, структури і обробки визначають їх стійкість до загальної корозії, міжкристалітної корозії та корозійного розтріскування.

Випробування на загальну корозію

Використовують декілька методів дослідження:

- в рідині при повному зануренні зразка;

- в рідинні при перемінному багаторазовому зануренні;

- в парі; в киплячому соляному розчині;

- в оточуючій атмосфері в лабораторних умовах.

Склад рідини, пари чи розчинів вибирають із врахування металу, що збираються використовувати. Для випробувань використовують зразки з великим відношенням площі поверхні до об’єму.

Отримані результати оцінюють кількісно за швидкістю корозії, що характеризується втратою маси на протязі певного проміжку часу, віднесеного до одиниці поверхні. За швидкістю корозії визначають також величину проникнення корозії

П = (К/γ) 10^–3мм/рік,

де К – швидкість корозії, г/м² в рік;

γ – густина металу, г/см³.

Ця оцінка застосовна тільки у випадку однорідної корозійної дії. При прояві локальних порушень такий метод не застосовують.

Поряд із визначенням зміни маси зразка і глибини корозії виконують візуальне чи під мікроскопом спостереження поверхні зразків. Це дозволяє визначити стійкість до точкової корозії. В цьому випадку вимірюють густину (кількість корозійних точок на одиницю поверхні) і глибину точок. Мікродослідження дозволяють виявити виникнення дуже малих точок і початок корозії.

Іншим показником розвитку корозії є зміна механічних властивостей зразків. Загальна корозія, яка приводить до зменшення перерізу, супроводжується зниженням руйнуючого навантаження. В результаті точкової корозії знижується також і пластичність (відносне подовження). Корозійну стійкість металу оцінюють за шкалою, що вказана в таблиці 1. Меншим балом характеризують більш стійкі метали.

Таблиця 1.

 Оцінка стійкості до корозії

Випробування на міжкристалітну корозію

Випробування з визначення стійкості до міжкристалітної корозій проводять на корозійних сталях і сплавах, призначених для виготовлення металевих конструкцій. Сталі, на яких проводять випробування, поділяють на такі класи: феритний, аустенітно-мартенситний, аустенітно-феритний і аустенітний. Крім того, для визначення стійкості до міжкристалітної корозії використовують сплави на залізонікелевій основі.

Відомо декілька методів визначення стійкості до міжкристалітної корозії, які умовно позначаються АМ, АМУ, В, ВУ, ДУ і Б.

Для випробування використовують зразки, які отримані із заготовок, листового прокату, сортового прокату, труб. При цьому встановлюють певні розміри зразків – ширина 20 мм, довжина ≥50 мм.

Нестабілізовані аустенітні сталі, тобто ті, які не містять титану чи ніобію, з вмістом вуглецю ≥0.03 мас. % С випробують на зразках після закалювання, тоді як зразки із стабілізованих сталей, які містять титан чи ніобій, випробують після термічної обробки відповідно до режимів, які прийняті для відповідної продукції.

Після термічної обробки поверхні зразків, які підлягають випробуванню методами АМ, АМУ, В чи ВУ, видаляють окалину хімічним чи електрохімічним травленням та проводять шліфування поверхні, яка перед випробуванням, зазвичай, обезжирюється. Вказану обробку зразків проводять для всіх методів дослідження.

Методи досліджень

Метод АМ. Цей метод полягає у витримці зразків в киплячому водному розчині купрум сульфату і сульфатної кислоти. В 100 мл води розчиняють 110– 160 г купрум сульфату, а потім невеликими порціями додають в 100 мл сульфатної кислоти в присутності мідної стружки протягом 24 годин. Після такої хімічної обробки зразки вигинають на 90˚ на оправці, радіус якої залежить від товщини зразка. Якщо на поверхні такого зразка немає тріщин, то це свідчить про стійкість сталі до міжкристалітної корозії. Поява тріщин на вигнутій і невигнутій частинах зразка свідчить про схильність сталі до міжкристалітної корозії. Поява тріщин в результаті міжкристалітної корозії може бути виявлена і без вигину зразка металографічним методом з допомогою спеціальних реактивів для травлення мікрошліфів. Якщо мікроаналіз показав руйнування границь зерен цієї сталі на глибину < 30 мкм, то така сталь вважається стійкою до міжкристалітної корозії.

Метод АМУ. В цьому випадку зразки сталей витримують в киплячому водному розчині купрум сульфату і сульфатної кислоти підвищеної концентрації (в порівнянні з попереднім методом) в присутності мідної стружки. Склад розчину: в 1000 мл води розчиняють 50 г купрум сульфату, а потім невеликими порціями додають 250 мл сульфатної кислоти. Час витримки в цьому розчині 8 годин. Оцінка результатів така ж, як і в попередньому методі АМ.

Метод В. Метод застосовують для аустенітної сталі і сплавів. Зразки цих сталей і сплавів піддають травленню в киплячому водному розчині купрум сульфату і сульфатної кислоти, з додавання цинкового порошку (5 г на кожні 1000 мл розчину). Склад розчину: 1000 мл води, 110 г купрум сульфату. В розчин невеликими порціями додають 55 мл сульфатної кислоти. Час витримки – 114 годин.

Метод ВУ. Цей метод використовують для визначення схильності сталі до міжкристалітної корозії для тих самих сталей і сплавів, що і в методі В. В даному випадку розчин для випробування складається із 100 мл 50% розчину сульфатної кислоти, в яку вносять 40 г ферум (ІІ) сульфату. В цьму киплячому розчині зразки знаходяться 48 годин. Далі визначають наявність тріщин як результату міжкристалітної корозії.

Метод ДУ. Цей метод полягає у витримці зразків із сталей в киплячому 65% розчині нітратної кислоти протягом 48 годин. Проводять 5 циклів такого нагріву. В цьму випадку оцінку схильності до міжкристалітної корозії визначають за швидкістю корозії.

Зразки вважаються схильними до міжкристалітної корозії, якщо її швидкість складає >0.5 мм/рік.

Метод Б. Метод полягає в анодному травленні переважно сталей аустенітного класу в 60% водному розчині сульфатної кислоти з додаванням 0.5% розчину уротропіну із розрахунку 20 мл на 1000 мл кислоти. При цьому випробувані зразок є анодом, а свинцева ємність, в якій проводять травлення – катодом. Густина струму 0.65 А/см². Тривалість випробування після включення струму - 5 хвилин. При випробуванні на поверхні зразка виникає пляма і, якщо в ньому не видно при збільшенні в ≥ 20 раз безперервної сітки, сталь класифікують як таку, що стійка до міжкристалітної корозії.

Окрім методів визначення схильності до міжкристалітної корозії, що базуються на хімічному травленні і дозволяють виявити появу тріщин на поверхні зразків візуально чи при невеликому збільшенні, використовують також і фізичні методи – ультразвуковий, що базується на розсіюванні пружних коливань (частота 0.5 – 10 мГц), вихрових струмів. В останньому випадку зразок після хімічного травлення поміщають в катушку, до якої підведений змінний струм. Якщо в зразку були тріщини, то зміниться величина вихрових струмів, що виникають при цьому, і, відповідно, повний імпеданс катушки, тобто величина її повного опору. Використовуючи цей метод, можна визначати глибину міжкристалітної корозії.

Випробування на корозійне розтріскування

Корозійне розтріскування – складний процес локалізованого руйнування металу, що протікає в умовах одночасної дії статистичних напруг і електрохімічного процесу. В результаті цього процесу на поверхні металу виникають тріщини, що розвиваються перпендикулярно до напряму розтягуючих напруг: характер їх міжкристалітний ( тобто перпендикулярний межам зерен), внутрішньокристалітний, а деколи змішаний.

Стійкість металів до корозійного розтріскування характеризують:

– величиною, оберненою до часу розтріскування. Цю характеристику називають швидкістю розтріскування або схильністю чи чутливістю до корозійного розтріскування;

– числом зразків, що розтріскались при випробуванні, по відношенню до загального числа випробуваних;

– відносною зміною межі міцності металу за певний час витримки в корозійному середовищі в напруженому стані, що створюється дією зовнішніх чи внутрішніх сил.

В свою чергу, способи створення статистичних напруг вибираються в залежності від поставленої мети і властивостей досліджуваного металу. Величину напруг визначають на рівні виникаючих в умовах експлуатації або рівні межі текучості досліджуваного зразка. Такі напруги створюються прикладенням до зразка навантаженням постійної величини чи наданні зразку постійної деформації.

При одновісному розтягненні зразків напруги розподіляються рівномірно і достатньо точно підраховуються для вихідного стану. Така напруга створюється безпосереднім розтягненням певним навантаженням, пружиною. На такій установці можна визначати розвиток корозії також в гарячих розчинах при повній герметизації робочого простору.

Принципова відмінність в напруженому стані, що виникає в таких випадках, полягає в наступному. Якщо вихідні напруги створюються прикладанням постійного навантаження, то фактичні напруги в процесі корозійного розтріскування безперервно зростають (за рахунок зменшення реального перерізу зразка). При наданні зразку постійної деформації, навпаки, зменшення перерізу зразка, що відбувається, приводить до безперервного зниження фактично діючих напруг.

Більш жорсткий спосіб створення напруг є зближення кінців вигнутого в петлю плоского зразка. Це дозволяє отримати результати випробування за відносно короткий термін.