Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением

Стеклов О.И.

Машиностроение, 1990 г.

Деформирование сварных соединений применяют как способ улучшения их качества, уменьшения коробления и снятия остаточных сварочных деформаций. Последнее способствует также повышению стойкости сварных соединений к коррозионному растрескиванию, так как наличие напряженного состояния I рода является одним из главных условий растрескивания.

При снятии остаточных сварочных напряжений механическим деформированием следует учитывать, что в условиях приложения внешних усилий происходит сложение напряжений от внешней нагрузки и обусловленных сваркой. Если суммарные напряжения превышают предел текучести, возникающая пластическая деформация вызывает релаксацию остаточных напряжений вследствие пластического течения металла.

Механическое деформирование с целью снятия остаточных сварочных напряжений может быть местным, когда деформированию подвергается только сварное соединение, и общим, когда деформируется вся конструкция в целом. Деформирование прокаткой приводит к пластическому удлинению волокон металла сварного соединения в зоне прокатки в продольном и поперечном направлениях, к релаксации остаточных сварочных напряжений и уменьшению деформаций. Сущность высокоскоростного импульсного деформирования заключается в пластическом деформировании сварного соединения с помощью ударного инструмента с большой частотой ударов. При этом в отличие от известных способов ковки ручным и пневматическим инструментом высокая скорость деформирования (более 18 м/с) приводит к местному повышению температуры в зоне деформирования, в результате чего облегчается пластическое деформирование сварного соединения и, как следствие, интенсифицируются процессы релаксации. В качестве ударного инструмента используют пневматические молоты с ускорителями специальной конструкции. Пластическое деформирование указанными методами снижает напряжения растяжения и перераспределяет их, позволяя создавать напряжения сжатия в опасной области и предотвращая растрескивание (см, рис. 4.4).

При общей деформировании изгибом и растяжением также удается предотвратить растрескивание, однако неоднородность пластической деформации может увеличить склонность к растрескиванию в связи с вторичным появлением остаточных напряжений и структурных изменений (рис. 3.18).

Эффект снижения остаточных напряжений при взрывном ударном нагружении достигается в общем случае действием (В. Г. Петушков): релаксации касательных напряжений при пластическом деформировании взрывом или высокоскоростным ударом; избирательной деформации металла за счет неодномерности волновых течений, разгрузочных явлений, затухания ударных волн и т.п.

При взрывном нагружении под шнуровым или полосовым (конечной ширины) зарядом взрывчатых веществ (ВВ) создается "напряженно-деформированный след". Процесс снижения остаточных напряжений проходит в два этапа: 1) детонация ВВ и образование "напряженно-деформированного следа"; 2) этап, в течение которого собственные напряжения в сварном элементе как целом приходят' в равновесие с НДС и создается новое напряженно-деформированное состояние сварного элемента с остаточными напряжениями, значительно меньшими исходных.

Взрывную обработку с целью снятия остаточных напряжений целесообразно использовать для деформационно-стабильных материалов, при пластическом деформировании которых чувствительность к воздействию сред не повышается.

Для оценки влияния высокотемпературного деформирования на стойкость к коррозионному растрескиванию проведены испытания образцов из различных материалов. Образцы деформировали растяжением до определенного уровня при различных температурах. Из анализа полученных данных (рис. 3.19) следует, что степень совместного влияния температуры и пластической деформации для разных сплавов неоднозначна.

Причиной инициирования коррозионного растрескивания могут явиться собственные сопутствующие пластические деформации, возникающие в процессе технологической обработки материалов. В этом отношении показателен анализ транскристаллитного коррозионного растрескивания 12Х18Н10Т и сварных соединений из нее в хлорсодержащих средах. По установившемуся мнению, восприимчивость сталей типа 12Х18НЮТ к транскристаллитному растрескиванию обусловлена появлением коррозионно-активных путей по плоскостям и пачкам скольжения при совместном действии среды и нагрузки. Полагают, что имеются следующие возможные пути предпочтительного растворения: по сетке выделений малостойкой вторичной а-фазы (квазимартенсита),   карбидов,   нитридов;   по пластически текущему в дне трещины металлу; вследствие изби-j рательного растворения дислокаций и др. Растрескивание происходит при повышенных температурах. В ряде работ отмечается влияние агрессивных агентов среды на процесс разрушения по механизмам адсорбции и хемосорбции.

Процесс растрескивания можно представить по м-к-с механизму (рис. 3.20). В инкубационный период вследствие электрохимического воздействия среды при наличии напряжений растяжения, больших критических, которые ослабляют или разрывают защитную пленку и способствуют появлению начальных анодных участков в зонах скольжения, образуются микроязвы, превращающиеся в микротрещины и далее, по мере развития процесса, - в макротрещину с квазистационарной зоной в вершине, характеризующейся высокой концентрацией  упругопластических деформаций.

Макротрещина развивается нормально к линии действия напряжения растяжения I рода, вплоть до окончательного разрушения с появлением в процессе развития дочерних трещин (ветвлений), обусловленных различием направлений действия максимальных макронапряжений I рода и максимальных микронапряжений П рода в вершине трещины, ориентированных под углом 40-100 к направлению действия напряжений I рода.