Магистерская работа: Розробка прогресивних заходів захисту сільськогосподарської техніки від корозії та зносу
Методи механічних випробувань складаються в порівнянні механічних властивостей металу до і після корозії. Вони включають випробування на розтяг, згин, ударну в'язкість. В особливих випадках визначають інші механічні властивості металу (межа витривалості, плинності та ін.)
Іноді металовироби випробовують на міцність повітрям і водою. При таких випробуваннях фіксують граничні значення тиску робочого тіла (повітря, рідини), за якими розраховують зусилля руйнування конструкції для порівняння зі стандартними.
Випробування дозволяють встановити вплив умов експлуатації та корозійних процесів на міцнісні та інші фізико-механічні характеристики елементів конструкції.
Відомі такі критерії оценки коррозійних ефектів:
місцевий показник корозії (kn) - кількість корозійних місць, що виникають на одиниці металевої поверхні за певний проміжок часу в даних умовах експлуатації;
глибинний показник корозії (kр) - характеризує середню або максимальну глибину корозійного руйнування металу за певний час експлуатації виробів, наприклад, мм/рік; для вимірювання піттингів може бути використаний індикатор підвищеної чутливості;
показник схильності металу до корозії (kс) - термін експлуатації (випробування) до початку корозійного процесу, год/(мм2·добу). Початок корозійного процесу визначають станом поверхні металу, при якому корозійне поразка досягло 1 % площі;
показник зміни маси металу (kт) - зменшення або збільшення маси металу під час експлуатації (випробування) за, рахунок втрат або росту продуктів корозії, г/(м2·год);
механічний показник корозії, наприклад міцнісний, що характеризує зміну межі міцності металу за час експлуатації, %;
електричний показник корозії, наприклад струмовий, який відповіднає швидкості корозійного процесу мА/см2, або показник зміни електроопору поверхні металу за час експлуатації, %.
Різноманітність факторів корозійних процесів і механізмів їх перебігу вимагає індивідуального підходу до вибору методу корозійних випробувань і оцінки корозійних вражень.
Методи прискорених випробувань повинні враховувати умови експлуатації, зберігання, зокрема основні значимі чинники. Прискорення корозійного процесу при цьому не можна досягти за рахунок зміни його механізму, наприклад, введенням більш агресивного компонента іншої природи. Режим випробування необхідно підібрати такими чином, щоб забезпечувалася висока швидкість коррозії протягом всього періоду випробувань.
Прискорення процесу, атмосферної корозії; може бути досягнуто створенням умов періодичної конденсації вологи на поверхні виробів, підвищенням концентрації корозійного компонента. Прискорення процесу мікробіологічної корозії може бути досягнуто застосуванням температурного (вологого) режиму, живильного середовища і штамів мікроорганізмів, які викликають при експлуатації найбільш інтенсивне руйнування.
Використання: для прискорення корозії підвищеної температури допустимо при врахуванні інших факторів. Фактор температури впливає на час контакту електроліту з металом, при цьому корозійні ефекти можуть бути низькими в області впливу високих температур. Тому застосування температурного чинника з метою прискорення процесу корозії можливо з урахуванням фактора зволоження поверхні.
Результати прискорених випробувань можуть бути використані для прогнозування реальних корозійних процесів тільки в тому випадку, якщо є адаптовані моделі останніх. Слід уникати методів прямої екстраполяції по коефіцієнтам жорсткості.
Експрес-методи дослідження корозійних процесів при експлуатації та ремонті GXT займають особливе місце.
Своєчасне виявлення корозії металі , що перебувають у контакті з агресивним середовищем, зокрема визначення схильності металу до міжкристалітної корозії (МКК) та виявлення її початкових стадій має велике значення для безаварійної експлуатації виробів. Перспективний експрес-метод корозійного випробування сталей типу 12X18Н9Ш на схильність до МКК кип'ятінням в 65 %-ній азотній кислоті. Схильність до МКК оцінюють хімічним шляхом (фотоколориметричним або спектрофотоколоричним аналізом розчину). Якщо відношення перейдених в розчин іонів тривалентного заліза до іонів шестивалентного хрому становить 1:4,5, то сталь не схильна до МКК, якщо це відношення 1:(4,5...20 ) - схильна або має початкову стадію руйнування за механізмом МКК. Основна перевага методу - можливість використання для аналізу металевої стружки, взятої з поверхні конструкцій поблизу очікуваних зон руйнування металу.
Розроблено метод визначення схильності і початкових стадій МКК металографічним шляхом безпосередньо на елементах металевих конструкцій, що знаходяться в експлуатації або вилучених з виробів при проведенні технічного обслуговування. Шліфи роблять в поздовжньому перерізі. Після шліфування, знежирення і травлення поверхні визначають розташування кордонів зерен. Замкнуті кордони зерен характеризують схильність металу до МКК або її початок.
Для виявлення структури металу на поверхні елементів конструкцій, що знаходяться в експлуатації розроблена спеціальна комірка. Пристрій виконаний у вигляді накидної шайби під об'єктив мікроскопа. Внутрішній простір розділено тонкою скляною перегородкою, яка ізолює об'єктив мікроскопа від електроліту і має два штуцери для прокачування електроліту і ущільнювальну прокладку, що забезпечує щільне прилягання до поверхні випробуваного сполучення. Пристрій дозволяє спостерігати процес у часі. Для прискорення процесу травлення підключають до позитивного полюса джерела постійного струму.
Поверхні корозійно-стійких сталей полірують електронатиранням з попереднім нанесенням на поверхню плівки розчину ПАР. При інтенсивному утворенні продуктів корозії виконують травлення електронатиранням кислим і лужним розчинами.
Для визначення корозійного стану (діагностики) та своєчасного виявлення можливих корозійних відмов машини, які знаходяться в експлуатації, періодично перевіряють. У кожен момент часу стан конструкції можна характеризувати корозійним враженням (КВ), яке визначає стійкість металів і покриттів до діючих факторів. При цьому необхідно знат, чи вкладається КВ в допустимі межі або виходить з них. Вихід фактичних значень КВ за межі допустимих значень - ознака небезпечного корозійного стану.
Для дистанційних перевірок можливе застосування пристрою з датчиком ємнісного типу. Таким пристроєм можливо здійснювати дистанційні виміри вологості поверхні металу і рН плівки вологи.
Дистанційне визначення корозійного стану в перспективі дає можливість проводити прискорені випробування з постановкою керованого експерименту і моделювання окремих стадій процесу корозії. Створення та впровадження пристроїв для автоматичних вимірювань параметрів корозійних процесів дозволить не тільки вирішити завдання контролю корозії, а й ширше впровадити методи захисту від корозії впливом на середовище, автоматичне регулювання параметрів електрохімічного захисту, дозування летючих інгібіторів корозії і біоцидів і т. п.
До методів автоматичного вимірювання параметрів процесів корозії і пристроїв для їх реалізації висувають такі вимоги:
забезпечення достовірних результатів вимірювань найбільш простим шляхом;
своєчасність виявлення небезпечного корозійного стану;
можливість суворого обліку та контролю факторів, що впливають на відтворюваність результатів вимірювань;
вибірковість реєстрації параметрів окремих видів корозії , а вокремих випадках - можливість отримання інтегральних оцінок корозійних ефектів;
мінімальний вплив вимірювальної апаратури на хід корозійного процесу;
можливість автоматизації збору і обробки інформації.
Рекомендовані методи корозійних
випробовувань і показники оцінки різних видів корозії приведено у табл. 3.1 і
3.2.
Таблиця 3.1 Класифікація методів дослідження корозійних процесів
|
Метод та досліджуєма характеристика |
Тип досліджень |
Показник корозії |
||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Методи прямого дослідження корозійних процесів |
||||
|
Метод візуального спостереження |
Лабораторні, натуральні і експлуатаційні дослідження |
Якісно порівнянням фото, замальовок, описання процесів і поточного стану обєкта |
||
|
Хімічні методи: - капельний метод накладання вологої індикаторної бумаги - проведеням хімічного (спектрального, рентгенографічного) аналіза метала і продуктів корозії після експлуатації конструкції |
Екмпрес-методи ідентифікування металів і продуктів корозії. Кількісне визначення хімічного складу продуктів корозії на зразках елементів конструкції після лабораторних і експлуатаційних досліджень |
Якісне по характеру реакції, зміни кольору і т.д. Показник складу продуктів корозії |
||
|
Метод фіксації корозійних центров: - час появи першого корозійного центра - відносна площа корозійного враження - глибина корозійного вогнища |
Лабораторні, натуральні, обмежено експлуатаційні (для місцевої корозії) |
Показник схильності до корозії. Місцевий показник корозії. Глибиний показник корозії |
||
|
Гравіметричний метод: втрата маси збільшення маси |
Лабораторні, натуральні випробування зразків: можливо видаляти продукти корозії; продукти корозії малорозчинні і мають достатню адгезію |
Показник зміни маси металу, г/(м2·год) |
||
|
Методи непрямого дослідження корозійних процесів |
||||
|
Об´ємний метод |
Лабораторні дослідження зразків: при водневій деполяризації (виділення водню) при кисневій деполяризації (поглинання кисню) |
Обємний показник корозії, см3/(см2·год) |
||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Метод світлових ефектів |
Лабораторні, натуральні, експлуатаційні випробування (для визначення початкових стадій атмосферної корозії) |
Показник зміни відбивної здатності, % рік |
||
|
Метод фотостимулювання електроної емісії (ФЕЕ) |
Лабораторні випробовування початкових стадій атмосферної корозії |
Показник корозії позгасанню ФЕЕ |
||
|
Механічні методи |
Лабораторні випробовування зразків після проведення процесів корозії в лабораторних, натуральних і експлуатаційних умовах для структурної та інших видів корозії по зміні механічних характеристик. |
Механічний показник корозії, % Показник зміниміцності або відностого питомого видовження зразків τ |
||
|
Метод теплового ефекта |
Лабораторні випробовування у випадку проведення енергетичних корозійних процесів |
Тепловий показник корозії, Дж/(см2·доб) |
||
|
Електрохімічні методи: зміна електродних потенціалів аналіз поляризаційних кривих визначення поляризаційного опору фіксація змін характерних параметрів середовища, викликаних процесами корозії |
Лабораторні методи при досліджені електрохімічної корозії |
Показник корозії по електрохімічним характеритикам Струмовий показник корозії, мА/см2 |
Лабораторні, натуральні і експлуатаційні методи випробування зразків і елементів конструкцій (особливо для атмосферної корозії). Методи прийнятні для автоматичного і дистанційного вимірювання параметрів |
Показник корозії по зміні електроопору,% |
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Електромагнітні методи, які включають: фіксацію змін опору металу магнітному потоку (змін густини магнітного потоку) струмовихровий метод вимірювання загасання СВЧ електромагнітного поля, яке поширюється уздовж корозійної поверхні, або під кутом до неї |
Лабораторні, натуральні і експлуатаційні, які відрізняються можли-вістю безконтактних вимірювань. Струмовихровий метод може бути використаний для вимірювання піттінгової і структурної корозії. Методи прийнятні для автоматичних вимірювань процесів корозі |
Показник корозії по зміні магнітного потоку, % |
||
|
Ультразвукові методи: по згасанню або розсіюванню поверхневих ультразвукових хвиль шляхом суцільного прозвучування металу; резонансний; ультразвукова інтроскопія |
Лабораторні, натуральні і експлуатаційні випробовування корозії металів в рідких і газоподібних середовищах |
Показник корозії по зміні параметрів ультразвукових коливань, % |
||
|
Радіоізотопні методи: за спаданням інтенсивності випромінювання зразка в процесі корозії по зростанню інтенсивності радіоактивних продуктів корозії в воді по накопиченню радіоактивного ізотопу корозійно-активного компонента середовища на поверхні зразка |
Для визначення вельми малих швидкостей корозії протягом тривалого проміжку часу, переважно в лабораторних умовах |
Показник корозії по зміні радіоактивності середовища, продуктів корозії або поверхні металів, % |
||
|
Оптичні методи: металографічний рентгенографічний електронографічний інфрачервоної спектроскопії |
Особливо ефективні для деяких видів корозії (структурної, піттінга, ножової та ін) як в лабора-раторних так і в експлу-ційних умовах |
Якісно, порівнянням фото, шліфів, рентгенограм і т.д. |
||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Радіографічні методи: за результатами просвічування зразка проникаючим випромінюванням нейтронорадіографіческій метод електронномікроськопічеський авторадіографія |
Лабораторні дослідження корозійних процесів - випромінювання структурних неоднорі-дностей, зокрема, визначення глибин і розмірів коррозіонних виразок, раковин і т.д. При дослідженні процесу корозійного зносу Дослідження розподі-лення водню в сталях за допомогою застосування радіоактивного ізотопу водню - тритію |
|
||
Таблиця 3.2 Класифікація і методи визначення показників корозії
|
Вид корозії |
Найменування |
Одиниці виміру |
Принцип визначення |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Поверхнева рівномврна |
Втрата маси на одиницю площі поверхні |
г/м2 |
Визначення по втраті маси і площі поверхні зразка |
|
|
Зменшення розмірів |
мм, мкм |
Вимірювання або обчислення по втраті масі |
|
|
Швидкість втрати маси |
г/(м2·год) г/(м2·доб) |
Обчислення |
|
|
Швидкість зменшення розмірів |
мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год |
|
|
Поверхнева нерівномірна |
Глибина проникнення: мсцева; середня; максимальна; екстремальна |
мкм, мм |
Вимірювання або послідовне видалення шарів металу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обчислення |
|
|
Коефіцієнт нерівномірності |
- |
|
|
|
Ступінь враження поверхні |
% |
Вимірювання за допомогою сітки квадратів |
|
|
Швидкість проникнення |
мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год |
Обчислення |
|
Структурна |
Глибина проникнення |
мкм, мм |
Вимірювання |
|
Міжкристалічна |
Швидкість проникнення |
мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год |
Обчислення |
|
Вибіркова |
Ступінь враження поверхні корозією |
% |
Вимірювання за допомогою сітки квадратів |
|
Пошарова |
Відносна довжина торців розшаровування |
% |
Вимірювання |
|
Корозійне розтріскування |
Критичне статичне напруження |
Па |
Механічне випробовування з прикладанням до зразків заданих статичних напружень |
|
|
Час до руйнування |
год, доб |
|
|
Корозійна втома |
Критичне динамічне напруження |
Па |
Механічні випробовування з прикладанням до зразків заданих динамічних напружень |
|
|
Кількість циклів до руйнування |
- |
|
|
Всі види корозії |
Зміна зовнішнього виду |
|
- |
|
|
Зміна механічних властивостей |
% |
Визначення відповідних властивостей металу до і після корозійних випробовувань |
|
|
Зміна перехідного опору |
|
|
|
|
Зміна теплових властивостей |
|
|
|
|
Зміна оптичних властивостей |
|
|
|
|
Зміна електропровідності |
|
|
Показники рівномірної поверхневої
корозії. Розраховується втрата маси на
одиницю площі поверхні (Рт):
(3.1)
де т - маса зразка до випробування;
m1 - маса зразка після випробування і видалення продуктів корозії;
S - площа поверхні зразка.
Зразок до і після випробування зважують з похибкою не більше 0,010 г для зразків масою понад 200 м.
Розміри зразка вимірюють з похибкою не більше 0,1 мм, а площа поверхні обчислюють з точністю 0,1 см2.
Зменшення розмірів Lr,
мкм, визначають прямим вимірюванням зменшення певного розміру зразка або
обчислюють за формулами (3.2), (3.3), мм:
(3.2)
(3.3)
де ρ - щільність металу, г/см3.
Пряме вимірювання зменшення розмірів рекомендують використовувати при оцінці результатів корозійних випробувань великих зразків або зразків зі складною геометричною формою поверхні.
Допускається застосовувати неруйнівні методи контролю. При визначенні зменшення розмірів розрахунковим шляхом, необхідно враховувати спосіб впливу корозійного середовища - односторонній або двосторонній.
Показники нерівномірної поверхневої корозії. Місцеву глибину проникнення корозії Ln визначають такими способами:
мікроскопічно на металографічному шліфі при розмірному збільшенні;
послідовним механічним видаленням шарів металу заданої товщини, наприклад по 0,01 мм, і спостереженням за зникненням окремих корозійних виразок;
мікроскопічно шляхом вимірювання відстані між краєм і дном корозійної виразки (у випадках, коли глибина корозійних виразок менше, ніж довжина відкритої поверхні і зменшення розмірів поза областю корозійних виразок незначимо);
вимірюванням відстані між краєм і
дном корозійної виразки механічним індикатором з пересувним, голчастим
контактом (у випадках коли розміри корозійних виразок дозволяють здійснювати
вільне проникнення голчастого контакту до дна виразки і зменшення розмірів поза
областю корозійних виразок незначимо). Середню глибину проникнення корозії (Lncp)
визначають розрахунковим шляхом як середнє арифметичне значення результатів не
менше двадцяти вимірювань місцевої глибини проникнення корозії. Максимальну
глибину проникнення корозії (Lnмакс) визначають за значеннями
результатів не менше двадцяти вимірювань місцевої глибини проникнення корозії.
При неможливості проведення двадцяти вимірювань допускається менше число вимірювань.
Ймовірну екстремальну глибину проникнення корозії (Lnекс)
визначають розрахунковим шляхом із застосуванням статистики екстремальних
значень. Коефіцієнт нерівномірності корозії (і):
(3.4)
Ступінь ураження поверхні корозією X визначають за ГОСТ 9.308-85, враховуючи місце поверхні, ураженої іржею, поверхня з проявами коррозії. Кількість квадратів з проявами корозії виражають у відсотках від загальної кількості квадратів на всій площі поверхні зразка.