ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм коррозии под напряжением Теоретические аспекты коррозии под напряжением из "Коррозия под напряжением " В последние десятилетия, когда проблема коррозионно-механической стойкости материалов стала достаточно острой, появилась необходимость исследования механохимических аспектов зарождения и развития трещин коррозии под напряжением. Было предложено несколько теорий, скорее гипотез, для объяснения механизма коррозионного растрескшания и коррозионной усталости. Наибольший интерес из них представляют следующие адсорбционного понижения прочности, водородного охрупчивания и электрохимическая. [c.56] В соответствии с адсорбционной теорией разупрочняющее воздействие pe i при статическом и циклическом нагружении металла объясняется преимущественно снижением поверхностной энергии вследствие адсорбции компонентов среды на поверхности металла 91]. Имеются весомые экспериментальные результаты, подтверждающие значительную роль адсорбционных явлений в разупрочнении сталей и сплавов. Так, между адсорбцией и склонностью сталей к растрескиванию в среде в ряде случаев просматривается определенная корреляция. Стали, обладающие высокой адсорбционной способностью по отношению к компонентам среды, характеризуются низким сопротивлением растрескиванию. Никель, например, уменьшая адсорбируемость ионов хлора на поверхности, повышает стойкость аустенитных сталей к растрескиванию. Высокомолекулярные спирты, активно адсорбирующиеся на поверхности стали, ускоряют рост трещин [о, 17, 18, 71]. Однако адсорбционная теория при всей ее важности не универсальна. [c.56] Достаточно распространенной концепцией является электрохимическая, согласно которой зарождение и дальнейшее развитие трещин — следствие локальных процессов электрохимической коррозии. Зарождение трещин происходит путем избирательного растворения вышедших на поверхность полос скольжения или же мест разрыва поверхностных пленок. Подрастание уже зародившихся трещин объясняется локальным коррозионным растворением их напряженных вершин [41]. [c.57] Считается, что возможной причиной интенсивного локального растворения мета ша является повышенная энергия деформированного металла в вершине трещины. Существует мнение, что причина этого явления скорее в том, что в результате постоянного пластического течения металла вершины концентращш дислокаций там существенно выше, что увеличивает число активных центров растворения. Однако электрохимическая концепция не может удовлетворительно объяснить причину перерождения коррозионной язвы (зародыша трещины) в собственно трещину. Эта гипотеза не претендует и на универсальность, поскольку не учитывает явлений адсорбщюнного и водородного разупрочнений [98]. [c.57] Разновидностью электрохимической концепции является так называемая пленочная [74], в свете которой углубление уже возникшей трещины связано с деформационным разрывом оксидной пленки в ее вершине. При этом в трещине возникает гальванически элемент, в котором анодом служит активно растворяющаяся вершина трещины, где металл оголен вследствие разрыва там пленок. Катодные процессы сосредоточены на берегах трещины. Согласно пленочной теории, пластическая деформация металла препятствует восстановлению оксидной пленки в вершине трещины, что и обусловливает постоянное локальное растворение там металла. Предполагается, что разрыв оксидной 1шенки и оголение металла или деформационные изменения свойств Ш1енки наблюдаются в основном при грубом скольжении. [c.57] Все приведенные концепции освещают лишь отдельные стороны процесса зарождения и докритического развития коррозионно-механических трещин, не охватывая всей сложности процессов и явлений, обусловливающих разупрочняющее воздействие активных сред. [c.58] Современный уровень прикладных аспектов механики разрушения в активных средах требует дальнейшего развития адсорбционно-электрохимической теории и доведения ее до количественных соотношений, связывающих воедино процессы локальной коррозии и навоДороживания. [c.58] Ускорение анодного процесса в щелях и зазорах, обусловленное недостатком кислорода, приводит к сдвигу электродного потенциала металла в щели в отрицательную сторону. Кроме того, при недостатке кислорода ионизация железа идет преимущественно с образованием двухвалентных его ионов, не обладающих защитным действием. У пассивирующихся металлов (алюминия, титана, нержавеющих сталей) недостаток кислорода в щели приводит к полной депассиващш там металла, т. е. к существенному ускорению коррозии. [c.59] Такие металлы, как железо и цинк, процесс коррозии которых в Нейтральных средах протекает с катодным контролем, корродируют в щелях с меньшей скоростью, чем вне их. Магниевые сплавы и некоторые нержавеющие стали, корродирующее с анодным контролем, разрушаются в щелях интенсивнее, чем на открытой поверхности. Следовательно, для у1Леродистых сталей при коррозии под напряжением в нейтральных и слабокислых средах собственно щелевой эффект рост трещин ускоряет несущественно. [c.59] Скорость коррозии углеродистых сталей и чугуна в щелях в неперемешиваемом электролите обычно меньше, чем на свободно омываемой поверхности, однако при перемешивании электролита между металлом в щели и металлом в открытом пространстве возникает пара дифференциальной аэращ1и, т. е. скорость коррозии металла в щели возрастает. [c.60] Для подавления собственно щелевой коррозии рекомендуются различные методы уплотнение зазоров и щелей, введение туда паст и смазок, заливка свинца, электрохимическая защита и использование ингибиторов коррозии. [c.60] Из всего сказанного в данном разделе следует, что в корро-зионно-механичес Кой трещине возможна реализация пары дифференциальной аэрации. В результате этого участки металла вокруг вершины трещины станут анодами, а вследствие гидролиза продуктов коррозии среда в трещине будет более кислой, чем вне ее. [c.60] В литературе есть указания, что стенки трещины не имеют одинаковой поляризации на всем ее протяжении вблизи анодной вершины они являются катодными, а вблизи устья — анодными по отношению к поверхности металла вне трещины. Это экспериментально подтверждается топографией трещин коррозии под напряжением трещины имеют расширенное устье и относительно постоянную (весьма малую) ширину в остальной ее части [14,17]. [c.60] В глубине коррозионно-механической трещины перемешивание электролита затруднено, что обусловливает концентрационную поляризацию, затрудняющую растворение металла в вершине трещины. Полагают, что механохимическш эффект (ускорение анодного растворения под механическим воздействием) сохраняется и при диффузном контроле скорости реакции [12,76]. [c.60] Так как коррозионные процессы в щелях (зазорах) и в трещинах протекают в основном вследствие реализации там коррозионных гальванических элементов, рассмотрим вкратце термодинамические аспекты их функционирования. [c.60] Если электрохимическая система генерирует измеримый электрический ток, то она уже термодинамически не обратима и превращается в гальванический элемент (гальванопару). Часть полезной энергии при необратимом режиме работы утрачивается, переходя в теплоту (теплота Ленца-Джоуля). Гальванический элемент генерирует максимальный ток в режиме короткого замыкания, т. е, в режиме, когда проводимость, 1агруэки (проводника между электродами) заведомо превышает проводимость по электролиту. Следует отметить, что коррозионные гальванопары в большинстве случаев являются короткозамкнутыми. [c.61] Функционирование коррозионной гальванопары в трещине, определяющее протекание там электрохимических (коррозия и наводороживание) процессов, зависит от состава и структуры стали, состава агрессивной среды и уровня приложенных к металлу напряжений. Отмечено, что механическая прочность сталей далеко не всегда коррелирует с их трещиностойкостью в агрессивной среде, что связано, по-видимому, со сравнительно низкой коррозионной стойкостью высокопрочных сталей [27, 57]. [c.61] Вернуться к основной статье