Коррозийное растрескивание металлов

Металл в понимании многих людей ассоциируется с прочностью и нерушимостью, надежностью и долгим сроком эксплуатации. Однако и металлы подвержены своим болезням, одна из которых — коррозия статического напряжения. Крайней стадией этой «болезни» является процесс коррозийного растрескивания, выражающийся окончательным разрушением металла вследствие совокупного влияния на него напряжения и собственно коррозии.

Особенность такого процесса заключается в том, что он может быть не связан с какими-либо внешними воздействиями. Такая структурная коррозия может убивать изнутри. Примером тому служит межкристаллитное ослабление молекулярных звеньев металла, в результате которого процесс разрушения проникает глубоко в структуру металлического изделия. 

Без проявления внешних признаков разрушения в обычных условиях достаточно сложно своевременно диагностировать недостаток, наружный слой детали не обнаруживает изъянов, в то время как трещины возникают изнутри. Когда деталь рассыпется на части — это лишь вопрос времени.

Процесс растрескивания

Любой металл, предрасположенный к коррозийным процессам, который не испытывает на себе воздействие напряжения внешнего типа и не находящийся в коррозийной среде, практически не подвергается разрушению и не изменяет своих качественных характеристик. 

Коррозия является суммой совокупного одновременного воздействия со стороны коррозийной среды и статического напряжения, что самым негативным образом сказывается на механических свойствах металла. Иными словами, трещины появляются только в случае взаимодействия химических реакций и физических сил. Под особой угрозой находятся пластичные металлы и медно-никелевые сплавы.

Изучение этого процесса показали, индивидуальное воздействие на металл только химических или только физических факторов сказывается на эксплуатационных характеристиках детали лишь в незначительной степени.

Определение коррозионной среды

Давайте выясним, что данная среда из себя представляет. Согласно определению Большой энциклопедии Нефти и Газа «Коррозионная среда - среда, в контакте с которой металлические материалы корродируют». 

Воздействие носит локальный характер и в общем может себя никак не обнаруживать. Коррозийный процесс вполне может начаться и без наличия напряжений, пусть его значением и можно пренебречь.  Однако именно эти изначальные локализации и определяют тип последующей коррозии: межкристаллической или внутрикристаллической.

Основные факторы, проявляющиеся при влиянии коррозийной среды на металл:  

• разность потенциалов элементов в сплавах;

• катодно-анодные процессы пояризации;

• выделение продуктов коррозии, располагающих к дальнейшему разрушению.

Напряжения

Коррозия появляется только при условии наличия растягивающих напряжений. Они могут быть как поверхностными, так и внутренними. Важно подчеркнуть их растягивающий характер; к слову, сжимающие напряжения используются как один из способов защиты металла от коррозии.

На практике коррозия возникает чаще всего из-за остаточного напряжения после изготовления и последующей обработки детали. Чем больше сила напряжения, тем быстрее разрушится деталь. 

Однако интересен тот факт, что сила напряжения при растрескивании играет бОльшую роль незадолго до внезапной и окончательной «гибели» металла. Ряд научных экспериментов доказал, что период до полного разрушения не зависит от того, было ли оказано воздействие напряжения в самом начале эксперимента или на более поздних его стадиях.

Характерные черты

Внутренние разломы возникают строго перпендикулярно поверхности, на которую воздействуют растягивающие напряжения. На молекулярном уровне различают коррозию двух типов:

• Внутрикристаллитную. Если металл содержит примеси (например, легированная сталь), то его молекулы имеют разный химических состав. При добавлении проводника-электролита между отдельными молекулами может возникнуть электрическое напряжение. Отрицательно заряженные электроны разрушаются, что влечет за собой изменение кристаллической решетки металла. 

• Межкристаллитную. В отличие от предыдущего типа, изменения структуры наблюдаются на границах кристаллов или зерен металла. В остальном процесс разрушения также связан с растворением анодов, которое ведет к нарушению связей между зернами. 

Вид коррозии, по мнению ученых, определяется конкретным металлом и размером его зерен и их формы. Именно эти критерии отвечают за распределение напряжений внутри структуры вещества.

К слову, процесс возникновения и дальнейшего развития трещин является прерывистым. Это означает, что при появлении одного излома, процесс замедляется на некоторое время, и лишь когда напряжение достигает своего максимума, он возобновляется.

Способы предотвращения

С коррозийным растрескиванием можно и нужно бороться. На производстве на практике применяются эффективные методики, способные существенно увеличить сопротивляемость металла. Направлены они, главным образом, на то, чтобы минимально уменьшить коэффициент остаточного напряжения в металле. Например, снижение напряжения можно добиться при помощи термической обработки. 

Для сжатия напряжения поверхностного типа практикуют применение дробеструйной обработки. Она дает возможность оказывать нагрузку на материал, не напрягая при этом его поверхность.

Все большую популярность на сегодняшний день приобретает метод катодной антикоррозийной защиты, о котором мы писали ранее. Со статьей можно ознакомиться по этой ссылке. Научные исследования подтверждают целесообразность использования катодного тока, как одно из самых действенных средств против внутреннего растрескивания металлов.