ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Развитие коррозионных трещин (химическая коррозия под напряжением из "Механика хрупкого разрушения " Способность металлов к коррозионному растрескиванию под напряжением имеет существенно избирательный характер, т. е. один и тот же материал корродирует в одних средах и не корродирует в других. В Приложении III приведены некоторые пары материал — среда, в которых возникает растрескивание материала под напряжением. Впервые подобная таблица была составлена Джонсоном, использовавшим материалы более 50 публикаций (см. книгу Логана [ 2] )). Чувствительность металлов к коррозионному растрескиванию под напряжением зависит во многих случаях от наличия примесей и от термической обработки материала. Толщина пленок колеблется в пределах 10 — 10 см. Чаще всего встречаются окисные пленки, образующиеся под воздействием кислорода и других окислителей, или же под воздействием электрического тока. Однако могут быть пленки совсем другой химической природы. [c.399] Рассмотрим два основных типа коррозионных пленок жесткие и рыхлые пленки. [c.400] Обозначим через Со концентрацию компонента О внешней среды, участвуюш,его в реакции с твердым телом, а через См — концентрацию активного компонента М материала. Реакция проходит в диффузионном слое с характерной толш,иной d (см. рис. 168). Считаем, что d 2уо при этом задачу можно считать одномерной. [c.401] Грамм-атом меди составляет 64 г, а грамм-молекула кислорода — 32 г. Так как, согласно уравнению химической, реакции, на 1 г кислорода расходуется 4 г меди, то стехиометрический коэффициент к в данном случае равен 4 (под концентрацией понимается масса соответствующ,его компонента в единице объема). Ионы меди диффундируют к поверхности металла, молекулы кислорода — вглубь металла твердый окисел меди образуется в диффузионном слое, относительная концентрация окисла возрастает с приближением к поверхности. [c.401] В такой постановке задачи имеются две трудности а) зависимость коэффициентов диффузии от относительного содержания металла и твердого продукта реакции в каждой точке (например, величина Do в металле гораздо меньше, чем вблизи поверхности коррозионной пленки), б) бесконечная протяженность диффузионного слоя. [c.402] Последнее условие (7.45) служит для определения неизвестной функции Xi (t) точно так же одно из лишних граничных условий при X = Vt в (7.44) служит для отыскания неизвестной скорости роста трещины V t). В такой более точной постановке задачи коэффициенты диффузии в диффузионном слое можно считать постоянными. [c.402] Остановимся еще на определении концентрации См на границе тела (см. (7.44)). Если бы тело было ненапряженным, то См было бы равным нулю, так как в таком случае ничто не мешает полной коррозии компонента М. При наличии внешних нагрузок упруго-пластический материал вблизи конца трещины всегда находится в пластическом состоянии (в условиях конечной плос ой деформации растягивающее напряжение Оу на дне трещины приблизительно равно 0s)- Пленка полностью прокор-родировавшего металла, как предполагалось, не выдерживает такого напряжения и разрывается то же самое имеет место для пленки с достаточно малым содержанием компонента М. Химическая реакция приводит к замене прочного компонента М на малопрочный продукт реакции ОМ. [c.402] зависимость скорости роста трещины V от физико-хи-мических параметров среды находится из решения краевой задачи (7.43) — (7.45). При помощи численных методов и ЭВМ это решение в принципе всегда может быть получено с любой точностью, если известны числовые значения параметров, входящих в задачу. [c.403] Этот случай реализуется для весьма малопрочных пленок и высокопрочных металлов, когда (сгв) ом С Ts, а 0s близко к (сгв)м, так что, согласно (7.49), концентрация компонента М в диффузионном слое меняется мало и скорость реакции можно считать зависящей лищь от концентрации компонента О (реакция первого порядка, т. е. а = 1, р = 0). [c.404] Таким образом, в принятых допущениях скорость роста трещины, согласно формуле (7.54), определяется константой скорости реакции- k и коэффициентом диффузии Dq. Аналогично можно рассматривать и более сложные случаи. [c.405] Допустим теперь, что по тем или другим причинам тонкая пленка не разрывается. Тогда, очевидно, более толстые пленки тем более не разрушаются ). В этом случае трещина не будет развиваться при стационарных внешних нагрузках. [c.405] Здесь считается, что модуль Юнга продукта реакции гораздо меньше модуля Юнга тела. [c.406] Влиянием свободной границы полупространства пренебрегаем. [c.406] Ограничимся лишь рассмотрением асимптотического поведения решения при больших t. Согласно (7.59), при t- oo будет Со = О на скачке х = а, ц краевая задача (7.58) становится автомодельной (задача Стефана). [c.407] Условие t- oo в данном случае означает, что ka /Do l. [c.407] Давление продуктов коррозии при некоторых условиях мо-йсет обусловить докритический рост трещин. Рассмотрим тонкую структуру конца трещины, находящейся в поле растяжения, определяемом коэффициентом Ki (рис. 171). С течением времени на берегах трещины нарастает коррозионная пленка, которая с некоторого момента начинает производить давление на берега (сначала только вблизи самого конца). Это вызывает локальное разрушение в конце трещины и ее рост. [c.407] Здесь Т1 и / i — постоянные данной пары материал — среда. [c.408] Таким образом, вследствие нарастания и разрушения тонких коррозионных пленок на дне трещины скорость ее роста постоянна она не зависит от внешних нагрузок и конфигурации тела. При этом величина Ki должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить необходимое раскрытие трещины (и тем самым приток реагента в устье трещины и пластические деформации на ее дне). Нарастание податливых толстых пленок может вызвать образование и развитие трещин. [c.408] Градиенты напряжений и деформаций, вообще говоря, вызывают в твердом теле тепловые и диффузионные потоки Однако для большинства материалов эти эффекты пренебрежимо малы и потому здесь не учитываются. [c.408] Вернуться к основной статье