Влияние агрессивной среды материала

Изучение влияния агрессивных сред (металлических расплавов, продуктов сгорания, морской воды и др.) на механические свойства конструкционных материалов при длительных статических и повторно-переменных нагрузках в условиях нормальных и высоких температур с целью выявить эффект разупрочнения материалов, обусловленный влиянием среды, а также выбрать оптимальные защитные покрытия исследуемого материала. [c.745]

Исследователи неоднократно отмечали многообразие связей между долговечностью материала как функции режима нагрузки и рядом сопутствующих производственных и эксплуатационных факторов (формой и размером деталей, состоянием поверхностных слоев эффектом термообработки, температурой окружающей среды, влиянием агрессивной среды, вакуума, радиации и т. п.), а также фактором случайности. Поэтому, несмотря на большой опыт проведения испытаний на усталость (начало их относится к 1854 г.), и в настоящее время нередко возникают затруднения при попытке заблаговременно и с достаточной степенью точности оценить опасность усталостного разрушения реальных объектов в эксплуатационных условиях. Многообразие связей заставляет в каждом отдельном случае, даже при одном и том же характере нагрузок, критически подходить к использованию опыта расчета других конструкций и материалов, так как условия подобия часто неизвестны. [c.12]

Описанные уравнения роста трещин многоцикловой усталости используют также и для оценки долговечности конструкционных элементов, работающих на циклические нагрузки в условиях воздействия агрессивных сред. При этом физико-химические свойства среды, а также условия нагружения, прежде всего такие, как частота и температура металла и среды, отражаются определенным образом на коэффициентах Вит. Имеющиеся в обширной литературе по коррозионной усталости экспериментальные данные о характере этого влияния достаточно разноречивы, причем в любом случае большую роль играют индивидуальные свойства металла и агрессивной среды. По некоторым данным рост трещин под воздействием агрессивной среды ускоряется, по иным данным, наоборот, замедляется, что объясняют образованием защитного слоя из продуктов коррозии, усиленным теплоотводом от зоны местных напряжений перед фронтом трещины в жидких средах и т. п. Однако в целом следует считать, что по мере углубления и расширения коррозионно-усталостных трещин влияние агрессивной среды (каким бы оно не было) должно ослабевать в сторону преобладания чисто механического фактора. Достаточно развитые трещины должны распространяться при прочих равных условиях в агрессивной среде примерно с той же скоростью, что и на воздухе. Это вытекает из тех очевидных соображений, что деструкция материала в зоне местных напряжений перед устьем трещины определяется в первую очередь местными пластическими деформациями, которые зависят в свою очередь от циклического напряженного состояния всего конструкционного элемента, а не от свойств агрессивной среды. Однако среда играет [c.135]

Свинец хорошо защищает стольную аппаратуру и конструкции от влияния агрессивных сред. Поэтому он получил значительное распространение в химической промышленности как защитный материал и как материал, пз которого непосредственно изготавливаются трубопроводы и изделия. Защита сталь- [c.156]

Влияние агрессивной среды на прочность и разрушение неметаллических материалов заключается прежде всего в том, что, проникая в объем материала, она становится источником дополнительных напряжений. [c.50]

Большое влияние на скорость коррозии строительных силикатных материалов оказывает их пористость и структура. Разрушение пористых материалов протекает не только на поверхности, но и в толще материала. При замкнутых, не сообщающихся друг с другом порах разрушительное влияние агрессивных сред проявляется в меньшей степени, чем при наличии открытых пор, когда агрессивная жидкость легко проходит в толщу материала. При кристаллической структуре материала коррозионный процесс протекает более медленно, чем при аморфной. Так, например, кристаллический кремнезем (кварц) хорошо сопротивляется воздействию растворов щелочей, в то время как аморфный кремнезем легко в них растворяется. [c.18]

Сама по себе пористость материала также ускоряет коррозионный процесс, так как в этом случае воздействию агрессивной среды подвергается ббльшая поверхность материала. Разрушение пористых материалов протекает обыкновенно не только на поверхности, но и в толще материала. При замкнутых, не сообщающихся друг с другом порах, разрушительное влияние агрессивных сред проявляется в меньшей степени, чем при наличии открытых пор, когда облегчается проникновение агрессивной жидкости в толщу материала. [c.332]

Существенное влияние на величину (Ьг)к при переходе к быстрому распространению трещины оказывают агрессивная среда и температура. Их влияние на элемент конструкции проявляется наиболее явно в случае большой продолжительности цикла, когда трещина раскрыта и материал находится под напряжением. Наиболее типична указанная ситуация для планера ВС и вращающихся деталей двигателя, которые подвержены циклическому нагружению с высокой асимметрией или длительному растяжению в полете от центробежной нагрузки. Причем для горячей части двигателя характерен нагрев до температуры 750°. [c.103]

Структурные изменения материала характерны для деталей, работающих в условиях повышенных температур, значительных напряжений, окислительных и агрессивных сред и т. д. Это детали авиационных двигателей, энергетических силовых установок, химическая аппаратура и т. д. Влияние этих факторов, как правило, по-разному сказывается на состоянии материала ио-верхностного слоя и сердцевины. [c.178]

Масштабный фактор. Этот фактор (снижение усталостной прочности для геометрически подобных деталей большего размера) в коррозионных средах претерпевает так называемую инверсию, т. е. детали большего размера имеют коррозионно-усталостную прочность выше, чем детали меньшего размера. Однако в зависимости от характера коррозионных процессов, определяемых как свойствами материала изделия, коррозионной средой, так и условиями эксплуатации, инверсия масштабного фактора может не наблюдаться, а отрицательное влияние масштабного фактора даже усиливается. Это происходит, в частности, при протекании щелевой коррозии в трещине усталости [11, 38]. Зависимость масштабного фактора от характера коррозии и агрессивности среды приведена на рис. 30. [c.82]

На определенном расстоянии по обе стороны сварного шва находятся области, нагревающиеся до критических температур. Здесь по границам зерен пересыщенного аустенита выделяются карбиды, богатые хромом. В результате того что устойчивость по границам зерен уменьшается, в агрессивных средах идет межкристаллитная коррозия. Образование карбидов зависит не только от температуры, но и от продолжительности ее воздействия. Влияние этих факторов определяется химическим составом основного материала и его структурой. Для сварки непригодны стали, при нагревании которых в области критических температур по границам зерен образуется карбид хрома. Поэтому для изготовления сварных конструкций широко применяются стали, стабилизованные титаном, ниобием или танталом, а также стали с низким содержанием углерода, при сварке которых не выделяются карбиды. В большинстве случаев их использования межкристаллитная коррозия в зонах, расположенных на определенном расстоянии от сварного шва, не наблюдается. [c.100]

Верхний индекс А означает, что данный параметр описывает поведение материала на воздухе, а индекс Е соответствует среде, отличной от воздуха. Таким образом, положительные значения показателей Р означают, что воздух ухудшает данное свойство материала в большей степени, чем рассматриваемая среда. Наоборот, отрицательным Р соответствует ситуация, когда агрессивная среда оказывает на данное свойство материала более отрицательное влияние, чем воздух. [c.12]

На скорость коррозии оказывают влияние внутренние и внешние факторы. К внутренним факторам относятся химический состав и структура материала, состояние его поверхности, наличие напряжений и др., причем с увеличением неоднородности состава и структуры наблюдается возрастание скорости коррозии. К внешним факторам относятся вид и состав окружающей среды и условия, при которых протекают физико-химические процессы (температура, давление, скорость потока агрессивной среды и др.). В промышленной атмосфере, по данным многих исследований, скорость коррозии используемых материалов составляет в среднем 575 г/м в год. Ежегодные потери, например, США от коррозии оцениваются более чем в 100 млрд долл. [c.111]

Влияние среднего напряжения оказывается относительно более существенным, чем при механической усталости кривая предельных амплитуд сдвигается в сторону меньших напряжений. Среднее напряжение играет очень большую роль и при получении характеристик материала в агрессивных средах кривые усталости следует получать экспериментально, а не использовать для этой цели упрощенные расчетные методы. [c.449]

Агрессивные среди. Если приложение периодических нагрузок сопровождается воздействием агрессивной среды, коррозией материала, как это имеет место, например, в деталях двигателей внутреннего сгорания, тепловых турбин, аппаратов химического производства, то усталостные характеристики, как правило, заметно снижаются. Учет этого влияния производится путем воспроизведения или моделирования натурных условий. [c.308]

Выполненный анализ зарождения и роста пор позволяет сформировать подход к рассмотрению кавитационного межзе-ренного разрушения в случае интенсификации развития повреждения теми или иными факторами, в частности агрессивной средой. Известно, что влияние агрессивной среды может проявляться в виде двух основных процессов. Первый обусловлен непосредственным взаимодействием среды с металлом и разрушением продуктов взаимодействия под действием напряжений. Второй процесс связан с переносом к границам зерен различных элементов среды (например, кислорода, водорода и др.), ускоряющих тем или иным способом межзереннсе разрушение материала. Для объяснения этого нетрадиционного механизма влияния среды на характеристики разрушения предложены различные модели [240, 286, 306, 329, 334, 424]. В частности, охрупчивающее влияние кислорода может быть связано с ограничением подвижности границ зерен и увеличением их проскальзывания, приводящего к росту межзеренных повреждений [240]. Рассматривался также клиновой эффект, возникающий [c.166]

Роль окружающей среды в протекании процесса пластической деформации у вершины трещины проявляется через концентрацию водорода, которая возрастает в непосредственной близости к этой вершине. Это наиболее близкая к реальной ситуации схема повреждения материала, которая используется для описания влияния агрессивной среды на ускорение процесса разрушения. В соответствии с соотношением (2.23) критическое раскрытие трещины уменьшается при увеличении интенсивности воздействия среды в момент перехода к нестабильному разрушению. Вместе с тем распространение усталостной трещины в коррозионной среде сопровождается ее ветвлением как по телу зерна, так и по границам зерен или иным структурным элементам [94]. Предельное состояние наступает одновременно но нескольким локальным вершинам трещины в каждом сечении вдоль всего ее фронта. В этой ситуации предельное состояние достигается при существенно иной интенсивности напряженного состояния материала, чем без ветвления мезотрещин вдоль макровершины трещины. [c.115]

При изменении частоты нагружения в широком диапазоне частот можно наблюдать постепенный переход от одной рассмотренной выше диаграммы роста усталостных трещин в коррозионной среде к другой применительно к титановому сплаву Ti-8Al-lMo-lV [149] (рис. 7.37). Пороговая величина Kis рассматривается при этом неизменной характеристикой влияния агрессивной среды на материал. В связи с этим безразмерная поправка на скорость роста трещины при изменении частоты нагружения также представляет собой поверхность, аналогичную тем, что были рассмотрены в главе 6 применительно к роли двухосного нагружения и асимметрии цикла. В частности, применительно к различным маркам сталей при фиксированном значении коэффициента интенсивности может быть получена поправочная функция F(pH) на влияние агрессивной среды, аналогично соотношению (7.25). Один из вариантов такой поправки, предложенной в работе [150], представлен на рис. 7.38 в сопоставлении с экспериментальными данными для трех марок сталей. [c.394]

Материалы для шпинделей и втулок выбираются в зависимости от действующих в них напряжений, температурных влияний и химической агрессивности среды. Материал шпинделей арматуры общего назначения — сталь марок Ст. 4 и Ст. 5. Для ответственной арматуры рекомендуется из отовлять шпиндели из нержавеющей стали типа 2X13, а в отдельных случаях из нитрированной стали типа 35ХМЮА. [c.782]

Процесс разрушения можно рассматривать как трехстадийный первая стадия — это зарождение новых микродефектов, вторая — развитие микродефектности до формирования и прорастания трещин разрушения и, наконец, третья — стадия мгновенного разрушения. Ясно, что влияние агрессивной среды сказывается на двух первых ( медленных ) стадиях. Здесь доминируют процессы сорбции, переноса, химического взаимодействия и др. На интенсивность их протекания влияет уровень напряженно-деформированного состояния, поэтому важное значение имеет знание критических уровней напряжений или деформаций, которые не оказывают заметного влияния на интенсивность взаимодействия среды и материала. [c.52]

Конструкции с пластмассовым покрытием. Для предотвраще ния влияния агрессивной среды на материал стенок резервуара или воздействия материала стенок резервуара на саму феду внутренние стенки стационарных стальных или бетонных емкостей покрывают тер- мопластами. [c.122]

Аналогичного вида характеристики используются для отражения отрицательного влияния агрессивных сред на начало роста трещин. Критические значения или К ., найденные при отсутствии среды, могуг оказаться вьшге тех, которые может выдержать материал с трещиной, если имеется агрессивная среда. Информация о влиянии сред приведена в главе 13. [c.52]

С нашей точки зрения, снижение критической деформации в агрессивной среде в первую очередь связано с увеличением темпа развития повреждений и, как следствие, с ростом скорости деформации в режиме ползучести (см. раздел 3.3). Уменьшение критического уровня повреждаемости при кавитационном разрушении маловероятно, так как на критическое событие — слияние микропор, обусловленное пластической неустойчивостью, — не будет оказывать влияние когезивная прочность материала. Итак, предположим, что критическая повреждае- [c.167]

В агрессивных средах разрушение поверхности твердого тела происходит иод влиянием двух одновременно протекающих процессов -коррозии (в результате химического и электрохимического взаимодействия материала со средой) и механического изнашивания. Химическое взаимодействие реализуется при контакте материалов с сухими газами или неэлектропроводными агрессивными жидкостями электрохимическая коррозия - при контакте металлов с электролитами (водные растворы кислот, щелочей, солей и т.д.). При этом наблюдаются два процесса - анодный (непосредственный переход атомов металла в раствор в виде ионов) и катодный (ассимиляция избыточных электронов атомами или ионами раствора). В результате в зоне трения возникает элек1рический ток. [c.137]

Высокая коррозионная стойкость алюминия и его сплавов в условиях агрессивных сред, характерных для нефтедобывающей промышленности, делает перспективным их использование в качестве конструкционного материала для изготовления буровых, насоснокомпрессорных труб и деталей газопромыслового оборудования. Известно, что алюминий и его сплавы подвергаются коррозионному разрушению в результате общего растворения, питтинга, межкристаллит-ной коррозии, коррозии под напряжением, расслаивающейся коррозии. Вид коррозионного разрушения определяется составом алюминиевого сплава, зависит от состава коррозионной среды и условий эксплуатации. Так, при использовании бурильных труб из алюминиевых сплавов возможно развитие контактной коррозии за счет соединения их с остальными замками. В зазорах резьбовых соединений происходят процессы щелевой коррозии, а при нагружении таких соединений пере-меннылА нагрузками возникают процессы фреттинг-коррозии. Значительное влияние на характер коррозионного разрушения оказывает pH коррозионно-активной среды. Практика эксплуатации алюминиевых труб показывает, что с увеличением pH от 1 до 13 меняется характер коррозионного поражения равномерная коррозия — в сильнощелочной, щелевая - в сильно кислой областях, питтинговая - при pH = 3-11. [c.120]

Основная причина этого—появление по базисным плоскостям плоских скоплений алюминия (предвыделенин а фззы), резко активизирующих протекание электрохимических процессов при разрушении. Таким образом, чем более легирован титановый сплав (особенно алюминием), тем в большей степени может проявиться охрупчивающее влияние текстуры на работоспособность материала при различных видах нагружения, в особенности при эксплуатации в агрессивной среде. [c.131]

Последовательность процессов разрушения может быть рассмотрена с единых позиций на основе диаграммы, описывающей влияние в агрессивной среде асимметрии цикла на области формирования усталостных бороздок в сплавах, для которых проявляется сужение области формирования усталостных бороздок. Для таких сплавов в области высокой асимметрии цикла нагружения исчезает понятие порогового КИН. Это связано с тем, что в агрессивной среде, при наличии начального концентратора напряжений или дефекта развитие трещины при длительном статическом растяжении начинается с достижения пороговой величины Kis [143, 146, 151]. Поэтому рост трещин в условиях исчезающе малых амплитуд нагружения будет иметь место при достижении Kis Kf - В связи с этим карта областей разрушения материала при разной асимметрии цикла нагружения может быть представлена в виде (рис. 7.39). Область формирования усталостных бороздок либо не достигается вовсе, либо ограничена низкой асимметрией цикла R < 0,8. Пороговая величина КИН перестает существовать при приближении к величине Kis в рассматриваемой агрессивной среде. [c.395]

Рис. 7.40. Номограмма синергетической ситуации влияния на задержку усталостной трещины после перегрузки JVfl длительности выдержки материала под перегрузкой в агрессивной среде 3,5 % р-р Na I в воде титанового сплава Ti-8Al-lMo-lV в случае разного уровня [155]

Сопротивление коррозионной усталости зависит также от величины амплитуды циклического деформирования. Рост амплитуды ведет к увеличению интенсивности электрохимических (локальная коррозия й наводороживанйе) процессов в вершине трещины, снижая тем самым время до разрушения. Со снижением амплитуды уменьшается интенсивность электрохимических процессов, но с увеличением времени до разрушения повышается к время контакта со средой, т. е. увеличивается роль электрохимических процессов, протекающих во времени. По> тому влияние величины амплитуды деформирования на сопротивление сталей коррозионной усталости неоднозначно и определяется условиями испытаний. Известно, что с ростом агрессивности среды воздействие амплитуды циклического деформирования на долговечность материала снижается. При малоцикловой коррозионной усталости с увеличением амплитуды отрицательное воздействие среды ослабевает, и, начиная с некоторого (критического) значения амплитуды, среда практически уже 52 [c.52]

Установлено, что на коррозионно-механическую стойкость стали оказывает влияние даже тип печи, где проводилась выплавка. Это связано, по-видимому, с различной загрязненностью сталей примесями и газами. Сталь, выплавленная электродуго-вым методом, обладает более низкой коррозионно-механической стойкостью, чем та же сталь, но подвергнутая электрошла-ковому переплаву (ЭШП). Причина, вероятно, в том, что сталь после ЭШП содержит значительно меньше неметаллических включений. Заметно повышает сопротивление стали коррозионному растрескиванию вакуумно-дуговой переплав. В целом рафинирование (оЧистка) сталей тем или иным методом повышает коррозионно-механическую стойкость материала, причем эффективность рафинирования возрастает по мере усиления агрессивности среды, в частности, по мере ее подкисления [3]. [c.127]

Скорость ползучести и длительная прочность. Результаты сравнительных исследований показывают, что эти свойства материала находятся во взаимнообратной зависимости, что согласуется с исходными представлениями о деформационном или псевдо-деформационном контроле разрущения, находящими свое выражение в соотнощениях типа (3). В то же время влияние окружающей среды само по себе оказывается связанным с наличием на поверхности металла оксидной пленки (окалины) с хорощей адгезией. Отметим, что отсутствие такой пленки может быть обусловлено проведением испытаний не только в вакууме, но и в агрессивных средах, активно разрушающих окалину. Кроме того, влияние внещней оксидной пленки становится менее существенным по мере уменьщения размера зерна или при возрастании роли какого-либо другого внутреннего фактора. [c.18]

На интенсивность изнашивания могут оказывать влияние следующие факторы соотношение твердостей изнашивающего тела и материала детали механическая прочность абразивной частицы или тела взаимодействие активной среды с металлом температура а поверхности трения характер относительного движения изнашивающего тела и металла скорость на поверхности трения. В ряде случаев влияние этих факторов столь сильно, что может изменить самый характер и вид изнашивания. Нашример, при взаимодействии окружающей агрессивной среды с металлом и образовании на поверхности металла слоя из продуктов этого взаимодействия, изнашивание определяется свойствами этого слоя, если процесс не будет интенсивным и съем материала происходит в пределах слоя. В случае же интенсивного процесса, если толщина поверхностного слоя составляет небольшую часть толщины слоя удаляемого металла, изнашивание будет определяться только свойствами основного металла. [c.40]

После определения конструкции композита - выбора компонентов и распределения их функций, приступают к решению наиболее сложной задачи изготовлению композиционного материала, вк.тючающему выбор геометрии армирования (например, различного рода плетения) и наиболее эффективного технологического метода соединения компонентов композита друг с другом (например, золь-гель методы, методы порошковой металлургии, методы осаждения-напыления и другие). Однако основная сложность заключается не в сборке отдельных компонентов композита, а в образовании между ними прочного и специфического соединения. При этом большую роль играет предварительный анализ фаничных процессов, происходящих в системе. Межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов, возможность химических реакций на границе и образование новых фаз, формируя такие характеристики композита, как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, гфочность и дру гие важные экс-штуатационные характеристики нового материала. Осуществление кон-тpOJ я не только за составом, но и за структурой требует развития теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на свойства композита. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало уст пать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна (частиц и др.), матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита. [c.12]

Как отмечалось, межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов композита, возможность химических реакций и образования новых фаз на фаницах, формир я такие свойства как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, прочность и другие важные эксплутационные характеристики нового материала. Поэтому при производстве и эксплуатации композитов возникает актуальная научная физико-химическая проблема изучения граничных химических реакций и фазовых переходов в многокомпонентных системах. [c.32]

Следующим важным этапом в работах по созданию монокри-сталлических сплавов явилась разработка сплавов с рением, улучшающим их жаростойкость, и небольшими добавками иттрия и/или редкоземельных элементов, например лантана, для улучшения коррозионной стойкости сплавов в агрессивных средах. Благотворное влияние рения на жаропрочность связано с тем, что он упрочняет матрицу сплава, а также препятствует огрублению мелких выделений у -фазы при температурных выдержках. Иттрий и редкоземельные элементы в соответствующих пропорциях стабилизируют оксидные пленки оксида алюминия и оксида хрома на поверхности сллава, что придает ему заметную стойкость к окислению и позволяет обходиться без применения защитных покрытий на поверхности лопастей турбинных лопаток [6]. Использование в качестве легирующего элемента рения существенно повышает стоимость сплава. Для повышения экономической эффективности промышленного применения таких сплавов необходимо разработать технологию повторной переработки отходов литейного производства для возвращения в оборот материала, расходуемого на литейные заслонки и прибыльную часть отливки, а также бракованных деталей. Успешная разработка не требующих покрытия сплавов, содержащих иттрий и редкоземельные элементы, потребует исключительно жесткого ко- [c.331]

Приведенные результаты показывают, что при выборе углеродистой стали в качестве конструкционного материала для деталей, подвергающихся гидроэрозии, следует отдавать преимуш,ество качественным доэвтоидным сталям с повышенным содержанием углерода (например, стали 35, 40 и 45). Эти стали после соответствующей термической обработки обладают высоким сопротивлением струеударному воздействию. Однако их низкая коррозионная стойкость не позволяет рекомендовать их для изготовления деталей, работающих в условиях постоянно действующей агрессивной среды. В этих условиях влияние электрохимической коррозии настолько велико, что применение таких сталей становится невыгодным. Хорошие результаты получают в случае, если поверхность деталей, изготовленных из углеродистых сталей, можно защитить от электрохимической коррозии нанесением диффузионных покрытий (например, хромом или титаном). [c.130]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...