ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Усталость стали от длительного действия статических и циклических напряжений Адсорбционная, коррозионная и водородная усталость стали из "Прочность стали в коррозионной среде " Наиболее распространенными на практике видами нагружения являются длительные нагружения статическими или повторно-перемен-ными (циклическими) силами, вызывающими усталость металла. В случае длительного действия статического нагружения, при обозначении вызванного им явления усталости, обязательно упоминают вид нагружения, называя его статической усталостью металла, при длительном действии циклического напряжения обычно не упоминают о виде нагружения, ограничиваясь названием — усталость металла. Свойства стали оказывать сопротивление усталости металла при статической усталости имеют соответственно названия — выносливости стали или длительной прочности. [c.46] При одновременном длительном действии на сталь статических или циклических напряжений и коррозионно-активных сред ее выносливость значительно уменьшается. Это явление получило название коррозионной усталости стали. Как показали наши исследования, это явление сложное, включающее в себя явление адсорбционной и водородной усталости. [c.46] Воздействие на металл почти всех активных сред (включающих среды от 2 до 7-й группы включительно по нашей классификации) начинается с адсорбции активных элементов среды (молекул или ионов) на границе раздела двух фаз металл — среда. Рассматриваемое нами коррозионное влияние среды на механические свойства стали также начинается с адсорбции. Таким образом, адсорбционное влияние среды является наиболее универсальным и первичным, предшествующим всем другим видам влияния внешней среды. [c.46] Процесс адсорбции термодинамически неминуемое явление, так как вследствие адсорбции происходит снижение уровня поверхностной энергии металла. Поверхностно-активные элементы среды стремятся покрыть все свободные поверхности твердого тела, внедряясь во все его дефекты, мигрируя по их поверхностям до тех мест, где размеры дефектов оказывают стерическое препятствие их дальнейшему продвижению. [c.46] Адсорбция зависит от многих факторов, среди которых самым важным является физико-химическое состояние поверхности металла. Деформация приповерхностных слоев металла способствует адсорбции на нем активных элементов внешней среды, что подтверждает увеличение фигур роста на поверхностях деформированного металла. Это объясняется тем, что атомам, молекулам или ионам из внешней среды энергетически более выгодно осаждаться на местах выходов на поверхность дислокаций, где возникает ступенька (уступ), чем на гладких гранях недеформированного металла. [c.46] Образование новых поверхностей облегчается явлением адсорбционного расклинивания клиновидных трещин весьма малого размера, изначально существующих в твердых телах [127], вызванным действием продвигающихся внутрь трещин адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ [45. Рассмотрим это явление подробнее. [c.47] На фиг. 11 представлена схема развития клинообразных трещин в твердом теле при его деформации. Жидкая среда проникает внутрь этих трещин под влиянием капиллярного давления. Но еще до полного заполнения трещин жидкостью с поверхности мениска отрываются поверхностно-активные элементы и проникают дальше внутрь трещин, мигрируя по их стенкам. Это проникновение внутрь трещин происходит с достаточно высокими скоростями, значительно большими, чем скорость всасывания жидкости. [c.47] Д — снижение удельной поверхностной энергии в результате адсорбции. [c.48] Внешний адсорбционный эффект ярко выявляется как при кратковременном, так и при длительном действии статических нагружений на металлические монокристаллы [101]. В этих случаях под влиянием поверхностно-активных сред предел текучести снижается почти вдвое по сравнению с нормальной величиной, определенной в неактивной среде кроме того, значительно увеличиваются пластичность монокристаллов и количество пачек скольжения. При длительном действии статического нагружения на металлические монокристаллы в поверхностно-активных средах скорость ползучести увеличивается в 10—20, а иногда и в 100 раз. [c.49] Внутренний адсорбционный эффект может проявляться даже в спонтанном (самопроизвольном) диспергировании монокристаллов на. блоки, размеры которых зависят от развития системы дефектов кристалла, обусловленной в основном его дислокационной структурой. Такое проявление внутреннего адсорбционного эффекта наблюдается в частности на монокристаллах олова, покрытых жидким галлием [22]. [c.50] Характерной особенностью эффекта Ребиндера является то, что он проявляется лишь при определенном напряженном состоянии растяжение способствует проявлению эффекта, сжатие, наоборот, может полностью его прекратить. [c.50] При кратковременном действии статических сил, при нормальных температурах, поверхностно-активные среды не влияют на механические характеристики металлов. Мы определяли предел прочности и текучести, относительное удлинение и поперечное сужение как отожженной, так и закаленной стали 45 в воздухе и в масле марки МС, активированном 2% олеиновой кислоты, причем полученные в обеих этих средах результаты практически не отличались друг от друга. [c.50] Необходимо отметить, что даже существует гипотезе, объясняющая смтическую усталость действием поверхностно-активных сред. Эта гипотеза принадлежит Я- М. Потаку [123], который объясняет проявление статической усталости в воздухе влиянием влаги воздуха или остатков масла на поверхности образцов закаленной стали. Адсорбируясь на поверхностях микротрещин или обычных трещин, поверхностно-активные вещества снижают уровень поверхностной энергии, а в остриях трещин наблюдается адсорбционно-расклинивающий эффект Ребиндера. [c.51] Возможность такого объяснения, выдвинутого, вероятно, впервые Орованом [218] при обсуждении результатов работы Престона [222], подтверждается такими фактами прочность стекла в вакууме при давлении 10- мм ртутного столба при различном времени нагружения (0,1 и 10 сек) была одинаковой прочность стекла в вакууме при давлении 10 мм ртутного столба отличалась почти на 30%, причем чем больше было время исследования, тем ниже была прочность [180]. Это явление статической усталости стекла было объяснено химическим влиянием паров воды и углекислого газа на концы микротрещин. [c.51] Жидкие металлы изменяют прочность стали при длительном действии статических напряжений сначала благодаря адсорбционному влиянию, а потом или в связи с растворением стали в жидком металле, или внедрением жидкого металла в сталь с образованием нового сплава с иными механическими свойствами. Это происходит путем химического соединения или образования твердого раствора. Процессы растворения или внедрения обычно происходят избирательно, как с отдельными компонентами основного металла, так и с межзерненным веществом, что приводит к усилению структурной неоднородности, к образованию концентраторов напряжения и к ослаблению межзер-ненных связей. Характерной особенностью влияния на прочность металла его растворения либо образования новых химических соединений и твердых растворов является развитие этого влияния со временем, тогда как адсорбционное влияние достигает максимума за относительно малый промежуток времени [53]. [c.51] Наводороживание стали распространено при эскплуатации (длительном нагружении) стальных деталей во многих коррозионных средах, например в кислых рудничных водах, в некоторых видах грунтовых вод (например, в водах пустынь, содержащих хлористый магний), в водах торфянников и болот, во влажном сероводороде и в воде, содержащей сероводород (например, в воде буровых скважин), а также в воде бедной кислородом, в растворе едкого натра при повышенных температурах и других средах. [c.51] Однако существует предельное напряжение, при котором наводороженная сталь не разрушается, как бы ни было велико время действия нагрузки. Это напряжение называется пределом водородной статической усталости или пределом длительной прочности, который зависит от свойств стали и степени ее наводороженности. [c.52] Характеризует сталь при водородной статической усталости кривая, показывающая зависимость разрушающего напряжения от времени нагружения стали, содержащей определенное количество водорода. [c.52] При изменении количества водорода в стали изменяется и кривая водородной статической усталости. На фиг. 16 представлена типичная кривая водородной статической усталости высокопрочной стали после ее электрического наводороживания 1184]. [c.52] Вернуться к основной статье