Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов - файл Лк11.doc


Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов
скачать (15774.4 kb.)

Доступные файлы (12):

Лк01 Введение.doc3600kb.06.09.2010 22:33скачать
Лк02.doc161kb.13.09.2009 22:48скачать
Лк03.doc1221kb.13.09.2009 23:00скачать
Лк04.doc3086kb.30.10.2008 22:45скачать
Лк05.doc1825kb.30.10.2008 22:48скачать
Лк06.doc1317kb.29.09.2008 22:26скачать
Лк07.doc491kb.29.07.2006 09:07скачать
Лк08.doc1206kb.07.10.2009 21:50скачать
Лк09.doc537kb.14.09.2009 00:08скачать
Лк10.doc536kb.14.09.2009 00:09скачать
Лк11.doc2902kb.14.09.2009 00:16скачать
Лк12.doc292kb.14.09.2009 00:14скачать

Лк11.doc

Лекция 11

Разрушение при коррозии

Краткое содержание: Разрушение при коррозионном растрескивании. Стадии развития коррозионного растрескивания. Вид излома, особенности распространения трещин. Влияние чистоты металла, размера зерна, текстуры на склонность к коррозии под напряжением. Разрушение при коррозионной усталости.
11.1. Разрушение при коррозионном растрескивании

Коррозионное растрескивание или коррозия под напряжением (КПН) - это процесс образования и развития трещин в результате длительного действия статических напряжений (внешних или внутренних) в коррозионной среде.

КПН является одним из опаснейших видов повреждений оборудования химической, газо-нефтедобывающей и перерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности. Она может проходить в растворах, содержащих сероводород, аммиак, в щелочных, нитратных и хлоридных растворах, в растворах кислот и т.д.

Склонность деталей к коррозионному растрескиванию зависит:

  1. от величины внешних и внутренних напряжений;

  2. от предварительной степени пластической деформации детали;

  3. от состава структуры и термической обработки ;

  4. от состава и воздействия коррозионной среды;

Данный вид разрушения может быть причиной значительных аварий. Особая опасность существует при эксплуатации оборудования, работающего под высоким давлением или в условиях повышенных температур и использовании химических веществ. Понятно, к каким последствиям может привести коррозионное растрескивание напряженной арматуры пр4и строительстве промышленных и гражданских объектов.

Следует особо выделить опасность повреждения деталей транспортных средств и в теплоэнергетике. В одной из работ отмечено: «Повреждения аустенитных нержавеющих сталей наблюдается на самых различных изделиях - от кофейников до оборудования тяжелой индустрии».

^ 11.2. Стадии развития коррозионного растрескивания

Коррозионное растрескивание характеризуется почти полным отсутствием пластической деформации макрообьемов металла и состоит из трех стадий:

  1. медленное развитие трещин, когда процесс в основном определяется коррозионным фактором.

  2. скачкообразное относительно быстрое развитие трещин при увеличивающемся влиянии механического фактора;

  3. лавинообразное разрушение.

^ 11.3. Вид излома и особенности распространения трещин

Особенностью трещин коррозионного разрушения является их сильная разветвленность и развитие разрушения по границам зерен.



Рис.11.1. Трещина в результате коррозии под напряжением

сплава системы Al - Zn - Mg (3% раствор NaCl при 0,7σ0,2), 200Х

Изломы образцов и деталей разрушившихся при совместном действии коррозии и напряжения имеют, как правило, многоочаговый характер. Этому способствует то, что очагами коррозийного растрескивания являются множественные поверхностные коррозийные повреждения. Изломы обычно имеют матовую и желтую поверхность, особенно в начальной зоне относительно медленного развития коррозии, и покрыты продуктами коррозии, наблюдаются также вторичные трещины образовавшиеся в результате коррозийного растрескивания. Начало коррозийного растрескивания, как правило, совпадает с коррозийными язвами (очаги разрушения).
^ 11.4. Влияние чистоты металла, размера зерна, текстуры на склонность к коррозии под напряжением

Коррозия под напряжением сталей связана с гетерогенностью микро- и субмикроструктуры. Эксперименты, проведенные на моно- и поликристаллах железа в нитратных растворах, показали, что только поликристаллы способны к коррозионному разрушению.

Сталь 12 Х18Н10 – раб cреда NaCl+H2О

Термическая

обработка

τ до появления трещин




Закалка

5

Легированный А, напряжен.

З + 300

27

Легированный А. напряжение снято

З + 450

1.5 – 2.5

Легированный А. + М23С6(Сu23C6)

З + 550

18 - 21

Легированный А. растворение карбида.

З + 600

120

Легированный А. растворение карбида.

З + 680

Трещины не образовались.

В большинство коррозийных сред коррозийные трещины развиваются межкристаллитно. Даже незначительные загрязнения границ зерен, скопление атомов внедрения, повышенное скопление дислокаций и т.п. делает сталь чувствительной к коррозионному разрушению.
ПРИМЕР

Во многих системах тепловых и атомных электростанций наблюдаются случаи коррозийного растрескивания элементов, сделанных из аустенитных нержавеющих сталей после 5-7 лет эксплуатации. Склонность этих деталей к КПН определяется состоянием и составом – стабильностью структуры и свойств, наклепом наличием легирующих элементов и количеством углерода. Влияние последних сказывается в первую очередь, на наличии и состоянием карбидов на границах зерен.


Рис 11.2. Диаграмма склонности стали к межкристаллитной коррозии.
Холоднотянутая труба из стали 04Х18Н86Б(№6) - раб среда MgCl2 (хлорид магния) - трещины образовались через 6 часов. После нагрева до 8700С - не имеем коррозии растрескивания, т.к. исчезли деформационные напряжения.

Коррозийное растрескивание очень опасно, так как может привести к внезапному разрушению детали (часто без заметных внешних признаков). Кроме того образование трещин способствует образованию других видов разрушения, в частности усталостного.
^ 11.5. Разрушение при коррозионной усталости

Коррозионно-усталостным разрушением называется разрушение материалов в результате действия повторно приложенных напряжений и коррозионной среды.

Разрушения типа коррозионного растрескивания и коррозионной усталости имеют общую существенную особенность: на разрушение влияют два фактора - механический и коррозионный. С увеличением напряжения увеличивается роль механического фактора, с уменьшением напряжения и увеличением агрессивности среды - коррозионного.

Одновременное действие коррозионной среды и переменного напряжения приводит к более легкому процессу зарождения субмикроскопических и микроскопических нарушений сплошности и ускорением развития усталостных трещин, т.е. разрушение при коррозионной усталости может начаться при напряжениях значительно ниже предела выносливости.

Влияние коррозионной среды на стадию зарождения и развития определяется также общей коррозионной стойкостью материала и его чувствительностью к концентраторам напряжений, в данном случае в коррозионным кавернам, язвам и т.д. Коррозионная среда наиболее сильное влияние оказывает на зарождение трещин, так при зарождении трещин обеспечивается свободный доступ среды к ее устью. Даже при очень незначительном повреждении поверхности наблюдается резкое число циклов нагружения до разрушения (сплав Д1, глубина трещин ~ 0,1 мм, число циклов уменьшилось в 10 раз).

Коррозионно-усталостное разрушение начинается, как правило, после существенного повреждения поверхности, т.е. от очагов (язвы, каверны, МКК) одновременно начинается развитие многих трещин.

Многочисленные трещины, развиваются по мере роста и заканчиваются пучками, напоминающими корневую систему.

Макроскопические усталостные признаки - усталостные кольцевые линии при внутрезеренном прохождении разрушения - достаточно отчетливо выражены, при межзеренном - менее четко.

Макрокартина коррозионно-усталостного излома помимо большого количества очагов в большинстве случаев характерна тем, что поверхность разрушения повреждена коррозией и покрыта сеткой мелких и крупных трещин, наблюдаются продукты коррозии, окисления.
поверхность очаги разрушения



трещины

Рис.11.3. Коррозионно-усталостные трещины

Примеры экспертного исследования

Анализ причин разрушения детали « рычаг твердомера»

и составление экспертного заключения

Исследование 3

Определить причину разрушения рычага твердомера ТШ.

  1. Порядок выполнения исследования:

  • Контрольный химический анализ;

  • Определение твердости;

  • Микроанализ.

Результаты исследования
^

1. Химический анализ стали, %


C

Mn

Si

S

P

0,40

0,48

0,29

0,027

0,014




  1. Результаты измерения твердости: 148НВ.

  2. Микроскопический анализ

Для изучения микроструктуры микрошлиф вырезан по месту разрушения рычага. Структура изучалась после травления 4% - м раствором азотной кислоты в спирте.

Структура феррито – перлитная, крупнозернистая, видманштеттового строения.



Микроструктура стали рычага

Заключение


  1. Согласно результатам контрольного химического анализа материалом исследуемого рычага является сталь 40 – ГОСТ 1050 – 88.

  2. Видманштеттова структура свидетельствует о том, сто сталь находится в литом состоянии.

Заключение


Причиной разрушения рычага твердомеры ТШ является отсутствие термической обработки.
Исследование 4

Определить причину разрушения в процессе эксплуатации фрезы для нарезки зубьев шестерни.

  1. Порядок выполнения исследования:

  • Контрольный химический анализ;

  • Определение твердости;

  • Макроанализ излома;

  • Микроанализ.

Результаты исследования.
^

Контрольный химический анализ стали, %


C

Mn

Si

P

S

Cr

W

V

Mo

Ni

0,82

0,27

0,27

0,024

0,016

4,01

5,86

1,90

5,41

0,26

  1. Результаты измерения твердости: 61 – 62 HRC.



Разрушенная фреза Микроструктура фрезы

  1. Макроанализ излома

При наружном осмотре фрезы изучалось состояние рабочих поверхностей фрезы и вид разрушения: наблюдается скол отдельных зубьев у основания, разрушение корпуса фрезы не обнаружено. Излом по месту скола зубьев матовый, бархатный, неокисленный, местами волокнистый.

  1. Микроанализ

Микроструктура фрезы – мелкоигольчатый мартенсит + карбиды в виде сетки и обрывков сетки, балл карбидной неоднородности 7 – 8. Карбидная ликвация представляет собой участки неразрушенной эвтектики, вытянутой в направлении деформации.

Выводы

  1. Согласно контрольного химического анализа сталь разрушенной фрезы соответствует марке Р6М5, ГОСТ19265 – 73.

  2. Результаты микроскопического анализа и измерения твердости показали, что качество термической обработки удовлетворительной.

  3. Наблюдается карбидная неоднородность 7 – 8 баллов.



Заключение


Проведенным исследованием установлено, что причиной разрушения фрезы является карбидная неоднородность, которая способствует повышению хрупкости.

Наличие карбидной сетки свидетельствует о том, что был нарушен технологический процесс горячей пластической деформации литых заготовок.


Скачать файл (15774.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации