СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ К КОРРОЗИОННОМУ РАСТРЕСКИВАНИЮ СПЛАВОВ
METHOD OF EVALUATING TENDENCY OF ALLOYS TO STRESS-CORROSION CRACKING

Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов, в частности к определению сопротивления материалов коррозионному растрескиванию в условиях одновременного длительного воздействия коррозионной среды и статической нагрузки. Оно предназначено для оценки склонности к коррозионному растрескиванию (замедленному разрушению) металлических сплавов по анализу микротвердости структурных составляющих стали и сплавов.
IKP
1C
1KP
Известен метод ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание сталей и сплавов [1], который заключается в том, что образцы подвергаются одновременному воздействию коррозионной среды и растягивающих напряжений в течение продолжительного времени (40 суток), при котором поверхности трещины расходятся в направлении действующих напряжений симметрично относительно плоскости исходной трещины. Стандартом установлено три метода испытаний: при постоянной нагрузке; при ступенчато изменяемой нагрузке; при постоянной деформации. Графическим или расчетным способом определяют коэффициент интенсивности напряжений К. О склонности к коррозионному растрескиванию судят по превышению коэффициента интенсивности напряжений, определенного на воздухе К, над K.
К существенным недостаткам метода относятся продолжительность и трудоемкость операций, требующих специальных знаний и высокой квалификации персонала. Кроме того, метод относится к разрушающим методам контроля и может быть применен только в лабораторных условиях.
В качестве прототипа выбран способ оценки стойкости сталей и сплавов к межкристаллитному коррозионному растрескиванию [2], который заключается в том, что воздействуют электролитом на полированную поверхность анализируемого шлифа и определяют стойкость по характеру расположения питтингов по границам зерен. О стойкости к межкристаллитному коррозионному растрескиванию судят по величине относительной протяженности карбидов и питтингов в цепочке из трех любых смежных границ зерен.
К недостаткам прототипа относится узкая область применения способа, во-первых, ограниченная только аустенитными сталями и сталями с высоким содержанием карбидообразующих элементов. Во-вторых, процесс разрушения ограничен только межкристаллитным коррозионным растрескиванием.
Сущность изобретения заключается в том, что изготавливается микрошлиф из образца исследуемого материала, после травления микрошлифа в реактиве проводится анализ микроструктуры на предмет наличия структурных прослоек, образующих пространственную сетку (см. чертеж). После микроанализа структуры измеряется микротвердость структурных составляющих: самих прослоек и областей, прилегающих к указанным прослойкам. Проводят сравнение микротвердости и по превышению микротвердости областей, прилегающих к прослойкам, над микротвердостью самих прослоек судят о склонности исследуемого материала к коррозионному растрескиванию.
Сравнительный анализ показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа использованием следующих существенных признаков: проводится анализ микроструктуры на предмет наличия структурных прослоек, образующих пространственную сетку, проводится измерение и сравнение микротвердости структурных составляющих: прослоек и окружающих их областей. О склонности к коррозионному растрескиванию судят по превышению микротвердости областей, прилегающих к прослойкам, над микротвердостью самих прослоек.
Технический результат, на достижение которого направленно заявленное изобретение, заключается в определении склонности к замедленному разрушению сталей и сплавов путем проведения микроструктурного анализа исследуемого сплава, измерения и сравнения микротвердости структурных составляющих самих прослоек и прилегающих к этим прослойкам областей.
Требуемый технический результат достигается вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая до подачи заявки не была обнаружена в известной патентной и научно-технической литературе, что соответствует критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ реализован на примере оценки склонности к коррозионному растрескиванию серого чугуна. Проведено измерение микротвердости структурных составляющих серого чугуна, с применением твердомера ПМТ-3. Полученные результаты показали, что твердость прослоек цементита значительно в 2-3 раза превосходит твердость перлита и графитовых включений, результаты измерений микротвердости представлены в таблице 1. Наиболее мягкой структурной составляющей являются включения графита.
Таблица 1
№ п.п.
Структурная составляющая
Значение твердости HV, кг/мм<sup>2</sup>
1
Графитовые включения
255,65±27,89
2
Перлит
439,0±67,34
3
Прослойки цементита
1072,2±203,9
Проведены испытания серого чугуна на коррозионное растрескивание. Определение трещиностойкости чугуна в условиях воздействия дистиллированной воды проводилось в соответствии с ГОСТ 9.903-81. Для определения показателей трещиностойкости использовались компактные прямоугольные образцы типа BP 1 на внецентренное растяжение, толщина которых составляла 13,0 мм, с V-образным надрезом.
10
1с
Испытания проводились при температуре 291-298 К, путем нагружения до значения начального коэффициента интенсивности напряжений К=0,8 К.
Контроль за разрушением проводился через 0,5 ч после начала испытаний, далее через 1, 2, 4, 6, 8 часа и далее четыре раза в сутки. Время до разрушения регистрировалось в протоколе.
Для исследования статической трещиностойкости применялась разрывная машина «ZST 3/3», предназначенная для проведения статических испытаний и оснащенная приборами регистрации величины нагрузки и деформации.
Результаты проведенных исследований коррозионного растрескивания серого чугуна представлены в таблице 2.
Пороговый КИН при коррозионном растрескивании
Таблица 2
Толщина образца, мм
Пороговый КИН при коррозионном растрескивании K<sub>1KP</sub>, МПа м<sup>1/2</sup>
Время до разрушения, ч
13
11,86±1,05
90
Использование предлагаемого способа позволит определить в течение короткого времени оценить склонность к замедленному разрушению металлических сплавов и произвести ранжировку по этому критерию как в условиях лаборатории, так и в полевых условиях, например при помощи портативного металлографического микроскопа. Практическое применение способа позволит свести время испытаний к минимуму и значительно снизить трудоемкость проводимых операций, способ может быть полезен при оценке металла и продлении сроков службы элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций.
Источники информации
1. ГОСТ 9.903-81. Стали и сплавы высокопрочные. Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание. Введ. 01.07.82. М.: Изд-во стандартов, 1981.
3
2. Патент 2137110 РФ, МКИ 7 G01N 17/00, «Способ оценки стойкости сталей и сплавов к межкристаллитному коррозионному растрескиванию».