Защита деталей от коррозии

 

Борьбу с коррозией начинают с изготовления проката. Антикоррозионные покрытия на 20% увеличивают его долговечность. Например, автомобильный кузов из оцинкованной стали служит в 3-5 раз больше. Вместо дефицитного цинка можно использовать более доступный и стойкий алюминий.

Защиту деталей из углеродистых сталей от коррозии производят механическими, электрохимическими и химическими методами. На детали наносят металлические, электрохимические, химические, полимерные, лакокрасочные покрытия, проводят химико-термическую обработку. При анодных металлических покрытиях цинком, кадмием, хромом, никелем, медью, оловом обеспечивают не только механическую, но и электрохимическую защиту. Металлические покрытия наносят гальваническим способом или напылением, диффузионным методом.

Фосфатирование деталей обеспечивает фосфатную пленку на поверхности, являющуюся хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий. Перед окраской рекомендуется детали дополнительно обработать раствором хромпика (К₂Cr₂O₇).

Полимерные покрытия защищают стальные детали от атмосферной коррозии и значительно повышают их ресурс даже в агрессивных средах. Из химико-термических методов обработки деталей из углеродистых и малоуглеродистых сталей применяют антикоррозионное азотирование при температуре 650⁰, в течение 3 ч с последующим охлаждением в масле.

Детали из алюминиевых сплавов защищают от коррозии искусственным созданием плотной окисной пленки анодной обработкой (оксидирование) или химическим оксидированием, металлическими покрытиями (плакированием, металлизацией, протекторами) лакокрасочными покрытиями.

В процессе эксплуатации защиту производят электрохимическим методом, обработкой коррозионной среды и покрытиями. Электрохимическая защита тормозит катодные или анодные процессы. При катодной защите производят поляризацию поверхности детали с помощью протекторов или внешнего тока. Протектор из металла или сплава с более отрицательным потенциалом, чем у металла детали, становится растворимым анодом, а деталь катодом коротко-замкнутого гальванического элемента. Коррозия детали резко снижается или совсем прекращается. Протекторы для стальных деталей – сплавы алюминия, магния, цинка.

Обработкой коррозионной среды снижают скорость коррозии. Например, коррозионную активность воды снижают удалением из нее кислорода, либо нагреванием воды до температур, при которых растворимость кислорода резко снижается, либо продувкой воды корозионно-инертными газами, либо фильтрацией горячей воды через слой стальных обезжиренных стружек или через фильтр, заполненный сульфидом железа.

Для замедления коррозии применяют катодные и анодные ингибиторы. Добавка ингибиторов в моторное масло и топливо в 2-3 раза повышает ресурс двигателей. Анодные ингибиторы снижают коррозию за счет наступления пассивности анодного процесса путем торможения анодного процесса или повышения эффективности катодного процесса.

В условиях эксплуатации широкое распространение получили защитные покрытия: лакокрасочные, фенолоальдегидные, полихлор- виниловые и другие смолы, гумирование (покрытие резиной). Наиболее подвержены коррозии кузова автобусов и легковых автомобилей, оперение грузовых автомобилей.

Очаги коррозии кузова легкового автомобиля возникают в труднодоступных для контроля местах, в элементах гидроабразивного воздействия среды. Эти места необходимо поддерживать в антикоррозийном состоянии. Разрушаются продольные короба, поперечный задний короб, внутренние полости надколесных ниш, боковые панели кузова. Поперечные передние короба (в подмоторной зоне) не герметизированы в местах стыковки с продольными элементами, поэтому в полостях коробов накапливается грязь. Поперечные короба имеют отверстия, выполненные в полу кузова и закрытые противошумной мастикой. У заднего поперечного короба в нижней части сделаны отверстия и поэтому грязь не скапливается. Отверстия в верхней части закрыты мастикой и картоном.

Завод – изготовитель производит антикоррозионную обработку кузова Фосфатированием и грунтованием способом электрофореза при погружении кузова в ванну с раствором грунта. Но уже через три года эксплуатации на нижней части внутренней поверхности полостей продольных коробов появляется коррозия, а через пять лет они разрушаются. На днище кузова с обеих сторон дополнительно наносят противошумнве и антикоррозионные мастики. После трех лет мастика растрескивается, отстает и под ней появляется коррозия. Обычные коррозионные повреждения после пяти лет эксплуатации отечественных автомобилей: разрушение нижней части продольных коробов; глубокое повреждение коррозией внутренней поверхности передних коробов; поражение коррозией и пескоструйным эффектом элементов надколесных ниш; сплошное поражение коррозией внутренней поверхности днища кузова под слоем мастики и коррозия на внешней стороне кузова (днища); вмятины, разрушение защитного покрытия на продольных коробах кузова; коррозия отдельных участков крыльев.

Для повышения коррозионной стойкости кузова, возможности следить за состоянием кузова и восстанавливать антикоррозионные покрытия необходимо: предусмотреть легко съемные крышки (заглушки) для свободного доступа во все полости кузова; увеличить толщину и механическую стойкость фосфатированного слоя деталей кузова; внедрить в производство более стойкую противошумную мастику. Места, поврежденные коррозией можно защитить масляной пленкой. Этот способ в эксплуатации самый доступный. Для этого нужно сделать 1-2 отверстия в верхней части короба в местах расположения передней или задней двери. Через эти отверстия заливается моторное или трансмиссионное разогретое масло. После покрытия всех стенок коробов масло сливается через отверстие в заднем коробе. Такой обработки обычно хватает на весь срок службы автомобиля.

На внутренней поверхности днища кузова периодически нужно подкрашивать противошумную мастику и тем самым заполнять краской трещины в мастике и отслоения. Нагруженные поверхности кузова, продольных коробов периодически проверяют и при необходимости подкрашивают грунтом. Особенно неблагоприятные условия работы имеют поверхности сферических сводов задних ниш (рис. 2.120) из-за пескоструйного воздействия при качении колес снимается антикоррозионное покрытие и поверхность коррозирует, а нижняя часть (заштрихованная на рис.) полностью разрушается. На отбортовке крыла задерживается грязь, и свод в этом месте полностью разрушается.

Внутреннюю полость заднего крыла (1) покрывают масляной пленкой через отверстие (2), предварительно сняв часть обшивки внутри кузова. Внешнюю часть ниш защищают тонкой листовой резиной, гудроном, тканью, приклеенной нитрокраской или нитрошпаклевкой.

Рис. 2.120. Коррозионные разрушения задней надколёсной ниши легкового автомобиля

 

Анализ коррозионных разрушений основных элементов кузовов автобусов к моменту проведения их капитального ремонта [1] показал, что разрушаются боковые облицовочные элементы, двери, панели багажного и аккумуляторных отсеков, ступени салона, днище, колесные арки, несущие элементы каркаса. Значительный объем капитального ремонта кузовов занимают сварочные и жестяницкие работы по замене облицовки и несущих элементов каркаса. Следующим этапом технологического процесса ремонта кузовов автобусов является антикоррозионная обработка.

По мере совершенствования ремонтных материалов (грунты, клеи, герметики) сварочно-жестяницкие работы все более заменяются работами по склеиванию с использованием, в том числе, пластмассовых изделий [40]. Замена точечной сварки облицовочных элементов на приклеивание устраняет изменение структуры металла в месте сварки, интенсифицирующее коррозию. Кроме того, это снижает вредное воздействие вибрации кузова на усталостную прочность соединения.

Склеивание используют при ремонте несущих элементов каркаса. Это существенно повышает сопротивление коррозионно-усталостным разрушениям, которые в обычных условиях начинаются в зонах сварки элементов каркаса. Этот метод эффективнее прочих соединений элементов, где сварка невозможна, например, при соединении алюминиевых и пластмассовых или стальных элементов. Особенностью клеевых соединений является тщательная очистка поверхностей и соблюдение условий нанесения клеевых композиций.

При антикоррозионной обработке элементов кузова используется целая гамма материалов. Для обработки трубы прямоугольного сечения несущих элементов каркаса, а также листового облицовочного материала целесообразно использовать грунт ГФ-,21; расход однослойного покрытия – 180 г\м². Время высыхания одного слоя при температуре 18-20⁰С не более 24 часов, при температуре 100-110⁰С не более 35 минут.

Для обработки загрунтованных элементов нижней части кузова автобуса используется мастика бесшумно-каучуковая антикоррозийная. Время высыхания при температуре 20⁰С не менее 20 часов, отличается хорошей термостойкостью.

Для обработки соединения наружных молдингов и других облицовочных элементов используется герметик силиконовый. Затвердевшая масса стойкая к воде, не меняет своих свойств в интервале температур от 40⁰С до 180⁰С. Вулканизируется толщина 1-2 мм за 24 часа в полном объеме.

Значительное распространение в последнее время, как в производстве, так и в эксплуатации и ремонте автобусов, троллейбусов и тракторов получили материалы программы DINITROL шведского концерна DINOLAB. Концерном разработаны технологии и материалы: по замене вклеенных стекол; по восстановлению и заменен пластмассовых деталей (в том числе и из стеклопластика); по устранению трещин и сколов на стеклах; капитального ремонта кузовов с использованием клеевых технологий (вместо сварных соединений, заклепок, резьбовых соединений); по защите покрытий электропроводки, электронных приборов, механизмов от влаги, соли, грязи с использованием твердых лаковых восков; другие предметы «автомобильной химии». Конкретные препараты для обработки приведены в табл.. 2.3.

 

Таблица 2.3

Материалы DINITROL для антикоррозионной защиты и ремонта кузовов автобусов, грузовых и легковых автомобилей

Назначение материалов	DINITROL марка
Для внутренних полостей кузова при ремонте и изготовлении	ML, 3642W, 1000, 364A, 470
Для днища кузова	4941, METALLIC, 474, 478, 479
Антигравийные покрытия	Body Svart, mini, 440, 442, 445, 447, 448
Для дополнительной защиты колесных ниш	UNDERCOAT, COMP
Универсальное покрытие для защиты пола, багажника	77B
Для двигателей и других горячих поверхностей
Для вклеивания автомобильных стекол	PUR 500 1K, PUF 500, PUR 501, PUR 501 FC, PUR 501 FC-HM, PUR502 520 2K, PUR 503 MEGAFIX, PUR 520, PUR-530, PUR 540, 451, 452
Герметики	400, 401, 410, 411, 412, 420, 430 (в виде ленты). 425, 460

 

Следует отметить, что использование указанных материалов должно производиться в строгом соответствии со спецификациями и рекомендациями изготовителя. Это требует соответствующего технологического оборудования и подготовленных исполнителей. Поэтому считаем целесообразным развитие производственно-технической базы предприятий пассажирского транспорта, на которой возможна реализация указанных материалов и технологий. Для этого необходим специализированный участок по предупредительному и капитальному ремонту кузовов автобусов, примером которого может служить кузовной участок в Саратовском ОАО «Межгородтранс».

Применение современных технологий предупредительного и капитального ремонта кузовов автобусов с использованием антикоррозионной обработки позволит существенно снизить интенсивность коррозионных и коррозийно-усталостных разрушений, сократить количество дорогостоящих ремонтов за весь срок службы автобуса, а следовательно, сократить простои в ремонте, себестоимость перевозок и повысить производительность автобусов на линии.

 

Коррозионная усталость

Следующей причиной изменения технического состояния кузовов является совместное коррозионно-усталостное разрушение несущих элементов. Под действием циклических, знакопеременных нагрузок и коррозии в несущих элементах зарождаются и развиваются усталостные трещины. Это приводит к нарушению геометрических параметров кузова (перекосы, несоосности, смещения и др.).

За основу прогнозирования коррозионно-усталостных разрушений несущих элементов кузовов в процессе эксплуатации можно принять аналитически обоснованную и экспериментально доказанную экспоненциальную зависимость (2.126) [52].

В коррозионной среде при среднем уровне амплитуды напряжений, обусловленном условиями эксплуатации, разрушение наступает при меньшем числе циклов нагружения (рис. 2.121) и фактический предел выносливости практически не достигается. При этом происходит коррозионное растрескивание при одновременном действии циклических нагрузок и коррозионной среды. Это называется коррозионной усталостью [40, 88].

 

Рис. 2.121. Кривые усталости для образцов из стали 20 Х при испытании: 1 - в воздухе, 2 - в воде [88]

 

Коррозионно-усталостные трещины транскристаллитны. Они часто ветвятся (рис. 2.122), и вблизи основной трещины на поверхности металла обычно можно видеть несколько других. При коррозионной усталости на поверхности металла могут образоваться язвы, от которых берут начало трещины. Коррозионная усталость проявляется в различных водных средах. При этом, чем выше скорость общей коррозии, тем быстрее металл разрушается вследствие коррозионной усталости [88].

 

 

Рис. 2.122. Коррозионно-усталостная трещина на листе малоуглеродистой стали, возникшая при вибрации листа в конденсате дымовых газов (Х 250) [40]

 

Таким образом, в процессе эксплуатации закономерно возрастает толщина пленки окислов и длина коррозионно-усталостных трещин. Параметры этих закономерностей зависят от металла, агрессивности коррозионной среды, влажности, температуры, условий разрушения.

Коррозия оказывает существенное влияние и на процесс усталости металлов. Трещины усталости в поверхностном слое зарождаются и развиваются при воздействии поверхностно-активных и коррозионных сред. Процесс разрушения металла при одновременном воздействии многократного деформирования и химически агрессивных сред называют коррозионной усталостью. Кислород и другие активные газы увеличивают скорость распространения трещин.

При увеличении твердости и прочности стойкость стали, против коррозионной усталости, снижается. Коррозионная усталость зависит от структуры металла, полученной при термообработке, состояния поверхности. Среди коррозионных процессов основная роль принадлежит адсорбции, которая способствует росту числа сдвигов, что происходит к образованию усталостных микротрещин.

Процесс усталостного разрушения при одновременном воздействии многократно деформирования и адсорбирующихся поверхностно-активных веществ (ПАВ) называют адсорбционной усталостью. Промышленные смазочные масла по сравнению с испытанием на воздухе снижают предел выносливости на 5-10%, а при введении в их состав нескольких процентов поверхностно-активных веществ – до 20%.

Общепринятой теорией коррозионной усталости металлов нет. Так, по электрохимической теории Эванса, коррозионная усталость обусловлена локализацией анодных процессов в местах концентрации напряжений (в порах, рисках, царапинах, скоплениях дислокаций). На этих участках происходит развитие первичных углублений, увеличение концентрации напряжений, возникает коррозионно-усталостные трещины.

По адсорбционно-электрохимической теории Г.В. Карпенко воздействие коррозионной среды на циклически деформированный металл начинается с адсорбции, приводящей к термодинамически неизбежному изменению прочности металла, а также возможное наводороживание за счет адсорбции водорода на катодных участках металла, в результате чего происходит водородная усталость. Влажный воздух (тропический климат) существенно снижает усталостную прочность металлов.

Поверхностно-активная среда, присутствующая в активизированном масле, возбуждая источники генерирования дислокаций, способствует локальному росту касательных и нормальных напряжений на границах зерен, что приводит к образованию и развитию трещин. Окисные пленки значительно снижают адсорбционный эффект ПАВ и способствуют деформационному «залечиванию» возникающих субмикротрещин.

В коррозионной среде концентраторы напряжений, чистота поверхности, прочность металла не являются столь решающими как в атмосферной среде. При развитии коррозионной усталости предел усталости становится условным, величина которого у многих сталей в десятки раз ниже предела усталости того же металла в нейтральной среде, кривая усталости продолжает снижаться на тех участках, где при нейтральной среде она параллельна оси абсцисс.

Усталостные и коррозионные разрушения являются взаимовлияющими процессами. Скорость коррозии увеличивается с повышением амплитуды напряжений из-за интенсификации разрушения окисных пленок и снижения их защитных свойств. Распространение усталостных трещин внутрь металла способствует коррозии поверхности трещин. В свою очередь, это способствует повышению интенсивности усталостных разрушений из-за расклинивающих действий продуктов коррозии, имеющих больший объем, чем объем металла, из которого они образовались (критерий Пиллинга-Бедворда). Это аналогично действию щелевой коррозии.

Схема развития коррозионной усталости несущих элементов кузова представлена на рис. 2.123. На первом этапе в поверхностном слое толщиной 1-3 диаметра зерна [73] происходит поверхностное упрочнение за счет повышения плотности вновь образующихся дислокаций и процесса старения (рис. 2.123;1).

Рис. 2.123. Основные этапы развития коррозионной усталости

 

С увеличением числа циклов нагружений из-за повышения концентрации дислокаций до критической плотности в отдельных зернах появляются субмикротрещины в пределах зерна и на поверхности появляется пленка окислов (рис. 2.123;2). Дальнейшее циклическое нагружение приводит к образованию равномерного упрочненного слоя с повышенной концентрацией дислокаций и большим количеством субмикротрещин и микротрещин, выходящих на границы зерен. При этом пленка окислов, увеличиваясь по толщине, разрушается под действием циклических нагрузок, и коррозия происходит не только на поверхности, но и в микротрещинах (рис. 2.123;3). При амплитуде напряжений, превышающих предел выносливости, происходит образование магистральной трещины, в которой продукты коррозии усиливают расклинивающее действие (на рис. 2.123;4 это показано стрелками). Это в конечном итоге приводит к хрупкому разрушению (долому).

В процессе циклического нагружения из-за постепенного разрушения элементов детали фактическая амплитуда напряжений  _аф возрастает по экспоненциальной зависимости [52]

(2.148)

где ; в – параметр, характеризующий сопротивляемость усталостным разрушениям.

В приведенной зависимости (2.148) от активности коррозионной среды зависит только параметр «в», что скажется и на положении кривой усталости, которая аналитически получена [52] из уравнения (2.148)

(2.149)

где - предел прочности.

Графическое пояснение развития коррозионно-усталостных разрушений в процессе эксплуатации по зависимости (2.148) с учетом роста параметра «в» в коррозионной среде и построение кривых усталости по условию (2.149) показано на рис. 2.124, где приведено семейство кривых (2.148) при различных уровнях σ_а.

Рис. 2.124. Повышение фактической амплитуды напряжений σ_аф в процессе эксплуатации при различных уровнях исходной амплитуды σ_аi и схема образования кривой усталости (сплошные линии) и коррозионной усталости (пунктирные линии); N_K – критическое число циклов нагружения, при котором деталь разрушается окончательно

 

Таким образом, кинетика коррозионной усталости подчиняется таким же закономерностям, как и усталость в отсутствии активной коррозионной среды, но имеющим другие параметры, обусловливающие более интенсивное развитие усталостных разрушений.

В результате совместного действия коррозионных разрушений и коррозионной усталости снижается площадь сечения несущих элементов кузова в процессе эксплуатации. Поэтому при неизменных нагрузках на кузов увеличивается как средний уровень, так и амплитуда напряжений. Вероятность превышения предела текучести s_Т увеличивается, что в конечном итоге приводит к появлению и последующему росту остаточных деформаций, нарушающих геометрические параметры кузова.

Коррозионная усталость, прежде всего, появляется в наиболее напряженных участках, особенно при наличии концентраторов напряжений. Такими местами в несущих элементах кузова являются сварные соединения. При определенной наработке начинаются появляться микротрещины, которые под действием коррозии и усталости срастаются в микротрещины и в магистральные трещины, приводящие к разрушению соединения. Пример такого разрушения приведен на рис. 2.125.

 

Рис. 2.125. Коррозионно-усталостные трещины продольного бруса надколесной ниши в сварном соединении

Степень коррозионной усталости оценивали по суммарной длине трещины в сварном соединении надколесной ниши кузова. Длину трещины измеряли курвиметром с точностью до 1 мм. Результаты обработки этих данных по величине длины усталостной трещины по экспоненциальной зависимости приведены на рис. 2.126.

Как доказано ранее, зависимость скорости усталостного разрушения от степени усталостного разрушения линейная. Применительно к длине трещины запишем это в виде

(2.130)

где V_lO - скорость роста трещины в начале эксплуатации; l - длина трещины; b - повышение V_l на единицу l.

 

 

Рис. 2.126. Зависимость общей длины коррозионно-усталостной трещины надколесного бруса в области сварного шва от срока эксплуатации кузова.

 

Как следует из рис. 2.126, экспоненциальная зависимость длины трещины от срока эксплуатации подтверждается экспериментальными данными с умеренной и высокой теснотой связи и значимостью. Полученные зависимости необходимы для прогнозирования остаточного ресурса несущих элементов кузовов автобусов при известных предельных значениях. Предельные значения длины коррозионно-усталостных трещин целесообразно определять по технико-экономической методике [52].

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: