Влияние качества обработки поверхностей деталей на их коррозионную стойкость

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние качества обработки поверхностей деталей на их коррозионную стойкость

Детали пожарной техники испытывают воздействие факторов внешней среды: отработавшими газами двигателей, огнетушащими веществами, эксплуатационными материалами и т.п. При этом у деталей разрушается рабочая поверхность под воздействием коррозии, снижается долговечность и эксплуатационная надежность механизмов пожарной техники.

Коррозией называют разрушение материалов под влиянием окружающей среды в результате ее химического или электрохимического воздействия (коррозия происходит от латинского слова «corrodere» - разъедать, разрушать). Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и косвенным. Прямой ущерб включает в себя стоимость замены подвергшихся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств.

В зависимости от страны и климатических условий суммарный ущерб, наносимый коррозией, достигает уровня 3-10% валового продукта. Проникновение в результате коррозии газа, нефти и других продуктов в окружающую среду приводит не только к материальным потерям, но и к угрозе жизнеобеспечения человека и природы.

В зависимости от свойств окружающей среды и характера ее физико-химического воздействия на материал различают:

1. химическую коррозию, обусловленную воздействием сухих газов, а также жидкостей, не являющихся электролитами (нефть, бензин, фенол);

2. электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей, влажного воздуха, грунтовых вод, то есть растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками электричества.

Наиболее распространенным видом химической коррозии является газовая коррозия (особенно усиливающаяся при высоких температурах), т.е. процесс взаимодействия с кислородом или активными газовыми средами (галоиды, сернистый газ, сероводород, пары серы, диоксид углерода и т.д.). При газовой коррозии разрушаются такие ответственные узлы и детали, как лопатки газовых турбин, сопла реактивных двигателей, арматура печей.

Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный вид коррозии металлов. При электрическом контакте двух металлов, обладающих разными электродными (электрохимическими) потенциалами и находящихся в электролите, образуется гальванический элемент. Поведение металлов зависит от значения их электродного потенциала. Металл, имеющий более отрицательный электродный потенциал (анод), отдает положительно заряженные ионы в раствор и растворяется. Избыточные электроны перетекают по внешней цепи в металл, имеющий более высокий электродный потенциал (катод). Катод при этом не разрушается, а электроны из него удаляются во внешнюю среду. Чем ниже электродный потенциал металла по отношению к стандартному водородному потенциалу, принятому за нулевой уровень, тем легче металл отдает ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость.

Известно, что скорость коррозии меньше в образцах с мелким зерном. При малых степенях деформации карбиды образуются преимущественно на границах зерна, но скорость их образования выше, чем в недеформированных образцах. Поверхностная обработка деталей пожарной техники из коррозионностойких сталей может оказывать заметное влияние на склонность к межкристаллической коррозии (МКК) в результате создания или устранения наклепа поверхности. Более высокая стойкость против МКК достигается на сталях со шлифованной поверхностью по сравнению с травленой. Грубо обработанная поверхность из-за наличия дефектов (задиров, закатов части окалины, вмятин, остатков неудаленных загрязнений), повышающих гетерогенность поверхности и облегчающих возникновение концентрационных неоднородностей и микрощелей, имеет большую склонность к поверхностной коррозии (ПК). Устранение этих дефектов посредством более тонкого шлифования, а затем и полирования, с последующим пассивированием является обработкой, которая обеспечивает максимальную стойкость стали данного состава против ПК. Травление поверхности, как правило, повышает стойкость по причине вытравливания «слабых» мест, особенно если в результате этой операции удаляются химически неустойчивые НВ. Заключительная пассивирующая обработка обеспечивает для некоторых марок сталей значительное облагораживание и уменьшение числа питтингов.

Выбор методов борьбы с ПК зависит от условий эксплуатации, особенностей конструкции, уровня знания электрохимической обстановки технологического процесса и т.п. Иногда проблемы защиты оборудования от ПК могут быть решены чисто дизайнерскими способами (устранением застойных зон, нежелательных контактов разнородных материалов и пр.). Наиболее простым (но не всегда более экономически целесообразным) способом борьбы с ПК является применение устойчивых против ПК сталей. Высокое содержание хрома и молибдена (наряду с повышенным содержанием кремния), чистота по НВ (или, по крайней мере, по таким из них, которые наименее химически стойкие в конкретных условиях), рациональная термообработка (устранение гетерогенности и избыточных фаз, появление которых сопряжено с наличием обедненных хромом и молибденом зон) при прочих равных условиях создают возможности для более высокой стойкости против ПК.

Для повышения стойкости против ПК желательно, чтобы поверхности, контактирующие с агрессивной средой, имели более высокую степень обработки (шлифование, механическое или электрохимическое полирование) и заключительную пассивирующую обработку.

Методы защиты от коррозии можно объединить в следующие группы:

1. Нанесение защитных покрытий и пленок;

2. Изменение электрохимического потенциала защищаемого материала по отношению к среде на границе фаз;

3. Модификация коррозионной среды.

Борьба с коррозией с применением защитных покрытий является наиболее распространенным способом. Его эффективность зависит не только от выбора подходящего покрытия, но и от соответствующей обработки поверхности материала. Она должна быть очищена от органических загрязнений, таких как масла и смазки, а также от ржавчины, окалины и т.п. В связи с этим подготовка поверхности состоит в мытье, обезжиривании, механической очистке шлифованием, полированием, очистке щетками или дробеструйной обработке. Чистую поверхность металла получают также химическим или электролитическим травлением в растворах кислот.

В качестве защитных применяют металлические и неметаллические покрытия. Металлические покрытия могут быть выполнены из металла более или менее благородного, чем подложка.

При изготовлении деталей электронасосов пожарной техники используются стали 40ХН, 12Х18Н10Т с термообработкой и сталь 45.

Сталь 40ХН - это хромистая сталь мартенситного класса. Стойкость сталей и сплавов этого класса против электрохимической, химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. определяется в первую очередь их составом. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050-1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

Сталь 12Х18Н10Т - это хромоникелевая коррозионностойкая сталь аустенитного класса предназначена для изготовления деталей, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной, серной кислот, растворах щелочей и солей. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050-1100°С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка - это смягчающая операция.

В таблице 1 и 2 показан химический состав стали 40ХН и 12Х18Н10Т.

Таблица 1. Химический состав (%) хромистых коррозионностойких сталей (ГОСТ 5632)

коррозия стойкость пожарный деталь

Таблица 2. Химический состав хромоникилиевых коррозионностойких аустенитных сталей (ГОСТ 5632)

Для обеспечения коррозионной стойкости наносимые защитные покрытия должны обладать непроницаемостью и сопротивляемостью воздействию агрессивных агентов или способностью вступать с ними в электрохимические реакции. При этом поверхностный слой превращается в антикоррозионную пленку, надежно защищающую изделие, что позволяет значительно продлить срок службы пожарной и аварийно-спасательной техники.

Список литературы

1. Киселев В.В. Определение интенсивности изнашивания поверхностей деталей пожарной техники, обработанных различными способами / NovaInfo. Ru. - 2017. - Т. 1. №58. - С. 189-194.

2. Полетаев В.А. Исследование коррозионной стойкости валов электронасосов, упрочненных алмазным выглаживанием / NovaInfo. Ru. - 2016. - Т. 1. №57. - С. 122-125.

3. Киселев В.В. Повышение долговечности узлов трения строительной техники. / NovaInfo. Ru. - 2016. - Т. 1. №55. - С. 35-39.

4. Киселев В.В. Реализация безызносного трения в пожарной технике, как способ повышения ее надежности. / NovaInfo. Ru. - 2016. - Т. 1. - №51. - С. 33-37.

5. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надёжности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов. / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2010. - №3. - С. 24-28.

6. Зарубин В.П. Исследование влияния наполнителей к смазкам на приработку пар трения // В.П. Зарубин, И.А. Легкова, В.Е. Иванов / Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. Санкт-Петербург. 2015. №12-1. С. 102-104.

7. Топоров А.В. Анализ различных видов энергии для привода гидравлического аварийно - спасательного инструмента // А.В. Топоров, В.П. Зарубин, В.Е. Иванов, П.В. Пучков, М.В. Смирнов / Наука 21 века: открытия, инновации, технологии: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Смоленск. 2016. С. 76-78.

Размещено на Allbest.ru