Механизм коррозионного разрушения материалов

КОРРОЗИОННОЕ РАЗРУШЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Классификация коррозионных процессов

 

Коррозия является одним из наиболее опасных видов разрушения деталей машин. Из-за коррозии ежегодно теряется до 10% выплавляемого металла. Только на капитальный и текущий ремонт машин и оборудования, преждевременно вышедших из строя вследствие коррозионного разрушения, ежегодно расходуется в нашей стране 5—7 млрд. руб. Кроме того, народное хозяйство несет огромные убытки, связанные с вынужденными простоями машин в ремонте, со снижением их производительности и сокращением сроков службы основных сборочных единиц. Так, мощность двигателей внутреннего сгорания, у которых поражены коррозией зеркала цилиндров, снижается на 20—25 %. При этом увеличивается на 50—80 % расход моторного масла и почти вдвое сокращаются сроки службы двигателей.

Машины используют в различных и в том числе очень сложных климатических условиях, характерными особенностями которых являются высокая влажность, запыленность и большие перепады температуры окружающего воздуха. Под действием влаги, солнечных лучей, ветра, колебаний температуры и других факторов происходят процессы постепенного разупрочнения и разрушения деталей и покрытий, возникают неисправности, которые часто трудно обнаружить даже после разборки сопряжения во время технического обслуживания и ремонта.

Особенно сильно коррозионному разрушению подвержены де­тали машин, выполненные из тонколистовой стали (детали кузовов, стенки резервуаров), а также рабочие органы, резьбовые соединения, сварные швы, детали топливной аппаратуры двигателей.

Отрицательное влияние коррозии на долговечность машин, как правило, сказывается косвенно через снижение усталостной прочности и износостойкости деталей. Так, усталостная прочность тонколистовых сталей Ст3 и Ст08 в результате коррозионного воздействия снижается на 35—40 %. Износостойкость деталей сопряжений из стали 45 и ста­ли 20, чугуна СЧ 18 и стали 20 под действием коррозии уменьшается в 1,5—4 раза.

Под термином «коррозия» подразумевают процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрохимического взаи­модействия со средой.

Классификация коррозионных процессов дает представление об их многообразии, сложности, а также позволяет вы­делить те из них, которые наиболее характерны для машин. В основе классификации коррозионных процессов, приведенной ниже, лежат четыре классификационных признака.

Классификационный признак	Коррозия
I. Механизм взаимодействия мате­риала со средой	Химическая, электрохимическая
II. Характер коррозионной среды	Газовая, атмосферная, жидкостная, под­земная (почвенная), биологическая
III. Условия протекания коррозион­ного процесса	Структурная, контактная, щелевая, коррозия под напряжением, фреттинг-коррозия, коррозионная кавитация
IV. Вид коррозионного разрушения поверхности детали	Сплошная, местная (локальная)

 

Механизм коррозионного разрушения материалов

В зависимости от механизма процесса коррозионного разрушения материалов деталей различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия — процесс разрушения материала детали в результате химического воздействия окружающей среды. Процесс коррозионно-химического разрушения развивается как в газовоз­душной, так и в жидкой среде.

Примером химической коррозии в газовой среде может служить разрушение поршней, клапанов и других деталей двигателей внутреннего сгорания в результате взаимодействия металлов с кислородом, сероводородом, сернистым газом и т. п. Химический характер имеет и разрушение материалов, работающих в жидкой среде, не проводящей электрический ток, но способной к химическому взаимодействию с металлом (например, в смазочных материалах).

Интенсивность химического коррозионного разрушения зависит от химической активности среды, коррозионной стойкости материалов деталей, а также от температуры среды. С повышением температуры коррозионные процессы активизируются.

Основным условием возникновения химической коррозии является отсутствие электропроводящей среды. Для реальных механизмов это условие редко соблюдается, так как на поверхности деталей присутствуют влага и электропроводящие загрязнения, поэтому такая коррозия в машинах наблюдается редко.

Электрохимическая коррозия возникает в результате воздействия на материал детали электропроводящей среды — электролита. Электролитом может быть вода или водные растворы кислот и щелочей, образующиеся в результате взаимодействия воды с топливом, маслом или продуктами окисления. При электрохимической коррозии разрушение металла связано с возникновением и перетеканием электрического тока с одних участков поверхности на другие.

Электрохимический механизм разрушения металлов является коррозией наиболее распространенного типа и наблюдается в той или иной степени практически во всех элементах машин. Большинство деталей машин в условиях эксплуатации взаимодействуют с раствором электролитов. В процессе работы при изменении температуры поверхностей деталей на них конденсируются из воздуха пленки воды. Газы, находящиеся в атмосфере, легко растворяются в воде, образуя такие кислоты, как серная, сернистая, азотная, азотистая и другие, а также щелочные соединения, являющиеся типичными электролитами.

Все металлы термодинамически неустойчивы и стремятся вступить во взаимодействие с окружающей средой с образованием различных окисных соединений. Реакции окисления металлов сопровождаются перемещением электронов и имеют электрохимический характер. Металлы обладают различной склонностью к электрохимической коррозии. Кроме того, в зависимости от свойств среды и соотношения материалов деталей сопряжений возможен анодный или катодный характер коррозионного разрушения. Например, в паре медь—сталь стальная деталь будет выступать в роли анода, а в паре сталь—цинк — в роли като­да в процессе электрохимического взаимодействия материалов.

Процессы, происходящие при электрохимической коррозии, можно представить следующим образом. Железо в анодной зоне теряет электроны. Электроны, перемещаясь в катодную зону, взаимодействуют с водой и кислородом, образуя гидроксильные ионы. В свою очередь, гидроксильные ионы вступают в реакцию с двухвалентными ионами железа, образовавшимися на аноде. В результате этой реакции образуется гидроокись двухвалентного железа. Под действием кисло­рода воздуха гидроокись железа окисляется с образованием гидратированной окиси железа Fe₂0₃(H₂0)₂, т. е. ржавчины.

Для некоторых сплавов и, в частности, различных сталей характерна так называемая межкристаллитная коррозия. Из-за неоднородности сплава в его структуре встречаются участки, отличающиеся по свойствам. На границах кристаллов существуют неодинаковые электрические потенциалы. В результате этого отдельные кристаллитные зерна выступают в роли анодных, в то время как другие выполняют роль катодных участков. Возникают электрохимические процессы разрушения металла, которые приводят к точечному разъеданию анодных участков.

Под действием коррозии на анодных участках раскрываются новые границы кристаллитных зерен, которые могут быть катодными по отношению к участкам, не подвергавшимся ранее коррозионному разрушению. Это ведет к распространению процесса на остальные не­поврежденные участки материала.

Таким образом, существуют два варианта процессов коррозион­ного разрушения.

При катодном характере разрушения нерастворимые продукты коррозии образуют защитную пленку на металле. Это ведет к снижению скорости протекания коррозионных процессов разрушения. При анодном характере процесс разрушения развивается прогрессивно с образованием рыхлых продуктов коррозии.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: