RU2016401C1 - Способ определения коррозионной стойкости материалов - Google Patents
Способ определения коррозионной стойкости материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2016401C1 RU2016401C1 SU4900910A RU2016401C1 RU 2016401 C1 RU2016401 C1 RU 2016401C1 SU 4900910 A SU4900910 A SU 4900910A RU 2016401 C1 RU2016401 C1 RU 2016401C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- corrosion
- internal friction
- corrosion resistance
- samples
- determination
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающим способам определения характеристик коррозионной стойкости материалов, подвергающихся усталостному разрушению. Измеряют внутреннее трение до и после коррозионных испытаний на образцах двух типов с разным соотношением характерных размеров D1 и D2 , выбираемых из условия 1.5≅ D1/D2≅ 2 . Затем по изменению внутреннего трения в образцах определяют толщину пораженного коррозией слоя и приращение внутреннего трения в нем. По этим параметрам судят о коррозионной стойкости. При этом результаты испытаний не зависят от геометрических параметров образцов и однозначно характеризуют состояние поврежденного коррозией слоя материала, что повышает достоверность определения коррозионной стойкости материала. 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам определения подверженности материалов к воздействиям коррозионной среды, а именно к неразрушающим способам определения характеристик коррозионной стойкости материалов, подвергающихся усталостному разрушению.
Известен способ определения коррозионной стойкости металлов путем учета изменения внутреннего трения образца, измеряемого до и после коррозионных испытаний [2] . При этом по разности между измеренными величинами внутреннего трения судят о коррозионных поражениях, а следовательно, о коррозионной стойкости материала при заданных условиях и длительности воздействия коррозионной среды.
Однако недостаточная достоверность способа заключается в том, что изменение внутреннего трения будет различным при одной и той же величине коррозионных поражений в приповерхностном слоем материала в зависимости от размеров поперечного сечения образца и толщины этого слоя, т.е. от соотношения объема с коррозионными поражениями и объема неповрежденного материала. В то же время именно состояние поверхности определяет один из самых распространенных видов разрушения - усталостное, а величина внутреннего трения - величину усталостной долговечности [1].
Однако способ-прототип обладает недостаточной достоверностью, заключающейся в том, что величина прироста внутреннего трения после коррозионных испытаний не может однозначно характеризовать состояние поврежденного коррозией слоя материала, а следовательно, и его влияние на усталостную прочность, так как не известно изменение внутреннего трения в самом поврежденном объеме материала. Одно и то же состояние поверхности будет характеризоваться разными величинами прироста внутреннего трения в зависимости от тех размеров образца, которые изменяют соотношение площади боковой поверхности и объема (размеры поперечного сечения).
Целью изобретения является повышение достоверности определения коррозионной стойкости материалов, подвергающихся усталостному разрушению.
Цель достигается тем, что согласно способу определения коррозионной стойкости материалов путем учета изменения внутреннего трения, измеряемого до и после коррозионных испытаний, измерение внутреннего трения проводят на образцах двух типов с разным соотношением характерных размеров D1 и D2, выбираемых из соотношения 1,5 ≅ D1/D2 ≅ 2. Затем определяют толщину пораженного коррозией слоя и по изменению внутреннего трения в нем судят о коррозионной стойкости материала.
Проведение измерений внутреннего трения на образцах двух типов с разным соотношением площади боковой поверхности к объему всего образца позволило определить приращение внутреннего трения именно в поврежденном коррозией слое материала. При этом результаты испытаний не зависят от геометрических параметров образцов и однозначно характеризуют состояние поврежденного коррозией слоя материала, что повышает достоверность определения коррозионной стойкости материала.
Способ основан на том, что одинаковые по структуре образцы материала, испытанные в одинаковых условиях, имеют в среднем одинаковые плотности коррозионных поражений в приповерхностном слое.
Пусть два образца, имеющие диаметры D1 и D2 одинаковую длину, характеризуются в равномерном поле продольных циклических деформаций коэффициентом поглощения Ψo, а поврежденный коррозией в каждом образце поверхностный слой после определенных условий коррозионных испытаний - коэффициентом поглощения Ψк.Изменения коэффициента поглощения образца в результате коррозионных поражений поверхности обозначим Δ Ψ1 и Δ Ψ2соответственно.
Тогда для каждого типа образца можно записать уравнения
Ψк = Δ Ψ1 V1 / Vк ( 1 ) + Ψo
(1)
и Φк = Δ Ψ2 V2 / Vк ( 2 ) + Ψo, где V - полный объем образца после коррозионных испытаний, а Vк - объем приповерхностного слоя с коррозионными поражениями.
Ψк = Δ Ψ1 V1 / Vк ( 1 ) + Ψo
(1)
и Φк = Δ Ψ2 V2 / Vк ( 2 ) + Ψo, где V - полный объем образца после коррозионных испытаний, а Vк - объем приповерхностного слоя с коррозионными поражениями.
Имея в виду, что V ~ D2, Vк ~ (D - hк)hк, где hк - толщина слоя с коррозионными повреждениями, а D - наружный диаметр образца после коррозионных испытаний, приравняем правые части выражений (1). Решая полученное уравнение, имеем
hк= .
hк= .
Или, полагая D1/D2 = k,
hк= D1. (2)
Подставляя затем (2) в одно из уравнений (1), получим:
ΔΨк=Ψк-Ψo=ΔΨ . (3)
Таким образом, величина коррозионной стойкости характеризуется приростом внутреннего трения в приповерхностном слое, где собственно и происходят процессы коррозии.
hк= D1. (2)
Подставляя затем (2) в одно из уравнений (1), получим:
ΔΨк=Ψк-Ψo=ΔΨ . (3)
Таким образом, величина коррозионной стойкости характеризуется приростом внутреннего трения в приповерхностном слое, где собственно и происходят процессы коррозии.
Аналогичные выражения можно получить и для образцов других типов: квадратного и прямоугольного сечения, трубчатых образцов с разным внутренним диаметром. Для сокращения статистики измерений лучше пользоваться одними и теми же образцами, перетрачивая стержни на меньший диаметр с повторными коррозионными испытаниями или рассверливая трубчатые образцы для повторных измерений, не трогая наружной поверхности с коррозионными повреждениями.
Пример реализации способа. Две группы образцов из алюминиевого сплава Д16Т диаметром 10 и 7 мм и длиной рабочей части 100 мм устанавливались в захваты резонансной испытательной машины УРМ-2000 и нагружались продольными знакопеременными нагрузками с частотой 40 Гц. Внутреннее трение определяли тепловым методом по перепаду температуры на полудлине рабочей части образцов.
На боковую поверхность образцов наклеивались медь-константановые термобатареи с чувствительностью 400 мкВ/К, измеряющие разность температуры между серединой и равноотстоящими от нее сечениями рабочей части. База термобатареи составляла 70 мм, т.е. термоЭДС (ТЭДС) всей батареи равна сумме ТЭДС половин батареи, измеряющих перепад температуры на расстоянии 35 мм от середины рабочей части образца в обе стороны к захватам. Рабочая часть имела теплоизоляцию для уменьшения тепловых потерь от конвективного теплообмена.
Рассеянная за цикл удельная энергия без учета конвективного теплообмена определяется (см.Ранцевич В.Б., Франюк В.П. Расчет установившегося температурного поля и тепловых потерь энергии в образцах при усталости. - Ж. Проблемы прочности, - 1976, - N 1. С.102-104) как
Qц= , где λ - коэффициент теплопроводности материала образца;
L - база измерения перепада температуры - длина рабочей части образца, в пределах которой измеряется перепад температуры;
f - частота нагружения ТЭДС измерялась прибором Щ31 с основной погрешностью 0,1 МкВ, а перепад температуры Δ Т определяется с учетом тепловых электромагнитных помех в единичном измерении с погрешностью ± 0,001К.
Qц= , где λ - коэффициент теплопроводности материала образца;
L - база измерения перепада температуры - длина рабочей части образца, в пределах которой измеряется перепад температуры;
f - частота нагружения ТЭДС измерялась прибором Щ31 с основной погрешностью 0,1 МкВ, а перепад температуры Δ Т определяется с учетом тепловых электромагнитных помех в единичном измерении с погрешностью ± 0,001К.
Дальнейшее снижение погрешностей осуществлялось повторными измерениями и их статистической обработкой.
Ступенчато нагружая образец и выдерживая при каждой амплитуде σa, необходимое для установившегося теплоотвода время (см. Ранцевич В.Б. Расчет нестационарных температурных полей образцов при усталости и их связи с тепловой частью механического гистерезиса. - Ж. Проблемы прочности, 1978, N 1. - С. 51-55), замеряли ТЭДС. Амплитуду нагрузки повышали, пока соблюдалась квадратная зависимость Δ Т от σa т.е. постоянство коэффициента поглощения
Ψ = Qц.
Ψ = Qц.
По методу наименьших квадратов определялся коэффициент пропорциональности А между перепадом температуры и квадратом амплитуды напряжений (Δ T = A ˙ σa 2), по которому вычисляли
Ψ= A и его среднее значение для каждой группы образцов.
Ψ= A и его среднее значение для каждой группы образцов.
Затем термобатареи удаляли, а образцы погружали на 720 ч в 3%-ный раствор NaCl при комнатной температуре. После выдержки в растворе продукты адсорбции с поверхности образцов удаляли и измеряли диаметры образцов микрометром. Затем повторно наклеивали термобатареи, проводили выше указанным способом измерения и определяли новые значения коэффициента поглощения.
В результате по формулам (2) и (3) определяли глубину пораженного коррозией слоя и величину прироста коэффициента поглощения в нем.
Вычисления дали величину пораженного коррозией слоя hк = 0,15 мм, которая затем сопоставлялась с металлографическими исследованиями (См. Фокин М. Н. , Жигалова К.А. Методы коррозионных испытаний металлов. - М.: Металлургия, 1986). Обнаружена язвенная коррозия с глубиной язв 0,07-0,13 мм. Более тонкая структура поражений по границам зерен не исследовалась, поэтому глубина язв и получалась хотя с соизмеримой с данными, вычисленными по демпфированию, но несколько заниженной. Прирост коэффициента поглощения в приповерхностном слое дал величину 3,25˙10-3, а само значение коэффициента поглощения составило 6,75˙10-3.
Как показал эксперимент, достаточно достоверные результаты могут быть получены при соотношениях = 1,5÷2; =0,03÷0,05. При отношении < 0,03 требуется увеличение разницы в размерах, что нежелательно, так как приводит к фактически разным исходным полуфабрикатам, которые могут существенно отличаться по структуре материала.
Оказалось возможной и проверка величины коэффициента поглощения в слое с коррозионными поражениями. При измерении обнаружилось несколько образцов с высоким начальным коэффициентом поглощения, которые исследовались отдельно. Образцы имели коэффициенты поглощения (6,2÷7,4) ˙ 10-3. После коррозионных испытаний значения демпфирования этих образцов практически не изменились Ψ = (6,1÷7,2) ˙ 10-3, что соответствует величине внутреннего трения, вычисленной для остальных. Т.е. такие образцы можно рассматривать как коррозионностойкие, хотя они имеют все те же металлографические признаки коррозионных поражений. Данные усталостных испытаний, проведенные на низких уровнях амплитуд напряжений, дают аналогичную картину: долговечность образцов после коррозионных испытаний в аналогичных условиях в среднем меньше, чем исходных, но нижние границы разброса долговечности близки.
Предложенный способ позволяет судить о коррозионной стойкости материалов по приращению внутреннего трения в приповерхностном слое, независимо от размеров остальной части образцов, что повышает достоверность результатов, по сравнению со способом-прототипом, где прирост внутреннего трения в результате коррозионных воздействий будет зависеть от поперечных размеров лопатки.
Кроме того, по приросту внутреннего трения в приповерхностном слое материала с коррозионными повреждениями можно достовернее оценить степень влияния их на усталостную прочность конструкций. Действительно, эксперименты показывают, что для образцов с одинаковым внутренним трением существует статистическая зависимость между приращением внутреннего трения в слое с коррозионными повреждениями и усталостной долговечностью поврежденного коррозией материала. Это позволяет проводить неразрушающий контроль материалов, применяемых для эксплуатирующихся при переменных нагрузках и подвергающихся воздействию коррозионных сред элементов конструкций.
Claims (1)
- СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, по которому на образцах определяют внутреннее трение до и после воздействия агрессивной среды и по его изменению судят о коррозионной стойкости, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения коррозионной стойкости металлов, подвергающихся усталостному разрушению, используют два образца с разным соотношением характерных размеров D1 и D2, выбираемых из соотношения 1,5 ≅ D1 / D2 ≅ 2, по изменению внутреннего трения в них определяют глубину пораженного коррозией слоя и приращение внутреннего трения в нем, по которым судят о коррозионной стойкости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900910 RU2016401C1 (ru) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Способ определения коррозионной стойкости материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900910 RU2016401C1 (ru) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Способ определения коррозионной стойкости материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016401C1 true RU2016401C1 (ru) | 1994-07-15 |
Family
ID=21554669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4900910 RU2016401C1 (ru) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | Способ определения коррозионной стойкости материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2016401C1 (ru) |
-
1991
- 1991-01-09 RU SU4900910 patent/RU2016401C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. Киев, "Наукова думка", 1981. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1067413, кл. G 01N 17/00, 1982. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Arsene et al. | A new approach to measuring transverse properties of structural tubing by a ring test—experimental investigation | |
Pye et al. | Heat emission from damaged composite materials and its use in nondestructive testing | |
US7106055B2 (en) | Fabrication of samples having predetermined material conditions | |
Wang et al. | Inverse scaling functions in nanoindentation with sharp indenters: Determination of material properties | |
Zuritz et al. | A modified Fitch device for measuring the thermal conductivity of small food particles | |
RU2016401C1 (ru) | Способ определения коррозионной стойкости материалов | |
Sarzosa et al. | Relationship between J and CTOD in SE (T) and SE (B) specimens for stationary and growing cracks | |
Gemma et al. | Thermomechanical fatigue crack propagation in an anisotropic (directionally solidified) nickel-base superalloy | |
Gui et al. | Theoretical and experimental study of the falling cylinder viscometer | |
Okrajni et al. | Computer models of steam pipeline components in the evaluation of their local strength | |
RU2545321C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки критических изменений технического состояния металла | |
Goldfine et al. | Introduction to the Meandering Winding Magnetometer (MWM) and the grid measurement approach | |
Van Der Sluys | Effects of repeated loading and moisture on the fracture toughness of SAE 4340 steel | |
Ghajarieh et al. | Simplified NDE of multiple cracks by means of the potential drop technique | |
Ghajarieh et al. | NDE of multiple cracks on the surface of materials by means of the potential drop technique | |
Merah et al. | Calibration of DC potential technique using an optical image processing system in LCF testing | |
JP2794623B2 (ja) | 材料の疲労損傷度を評価する方法 | |
RU2019813C1 (ru) | Способ определения предельного состояния материала при испытаниях на малоцикловую усталость | |
JPS63228062A (ja) | 金属材料の余寿命予測法 | |
RU2276781C1 (ru) | Способ определения теплопроводности материалов | |
RU2819262C1 (ru) | Способ определения механических напряжений в металлоконструкциях | |
RU2787966C1 (ru) | Способ определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий | |
Suchorab et al. | Possibility to use surface TDR sensors to estimate water absorption coefficient of porous materials | |
Morabito | Thermal conductivity and diffusivity measurements by the transient two linear and parallel probe method | |
Sato et al. | Non‐destructive evaluation of fatigue and creep‐fatigue damage by means of the induced‐current focused potential drop technique |