Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением

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.