Существующие вид коррозии и их характеристики в зависимости от форм и механизмов воздействия

Главная → Теория  → Коррозия металлов и её виды

Химические и физико-химические реакции, возникающие в момент взаимодействия окружающей среды с металлами и сплавами, в большинстве случаев приводят к их самопроизвольному разрушению. Процесс саморазрушения имеет собственный термин – «коррозия».

Результатом коррозии является существенное ухудшение свойств металла, вследствие чего изделия из него быстро выходят из строя. Каждый металл обладает свойствами, позволяющими ему сопротивляться разрушению.

Коррозийная стойкость или, как ее еще называют, химическое сопротивление материала, является одним из главных критериев, по которым осуществляется отбор металлов и сплавов для изготовления тех или иных изделий.

Существующие вид коррозии и их характеристики в зависимости от форм и механизмов воздействия

Показатели, по которым осуществляется классификация коррозийных процессов:

  • вид коррозийной среды;
  • условия и механизм протекания;
  • характер коррозийных разрушений;
  • вид дополнительных воздействий на металл.

По механизму коррозийного процесса различают как химическую, так и электрохимическую коррозию металлов и сплавов.

Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийной средой, в процессе которого наблюдается единовременное осуществление окисления металла и восстановление окислительного компонента среды. Взаимодействующие между собой продукты не разделены пространственно.

Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийно-активной средой, представляющей собой раствор электролита. Процесс ионизации атомов металла, а также процесс восстановления окислительного компонента данной коррозийной среды протекают в разных актах. Электродный потенциал раствора электролита оказывает существенное влияние на скорость этих процессов.

В зависимости от типа агрессивной среды существует несколько видов коррозии

Существующие вид коррозии и их характеристики в зависимости от форм и механизмов воздействияАтмосферная коррозия представляет собой саморазрушение металлов в воздушной атмосфере, либо в газовой атмосфере, отличающейся повышенной влажностью.

Газовая коррозия – это коррозия металлов, происходящая в газовой среде, содержание влаги в которой минимально. Отсутствие влаги в газовой среде не единственное условие, способствующее саморазрушению металла. Также коррозия возможна и при высоких температурах. Наиболее часто встречается данный вид коррозии в нефтехимической и химической промышленности.

  • Радиационная коррозия представляет собой саморазрушение металла под воздействием на него радиоактивного излучения разной степени интенсивности.
  • Подземная коррозия – это коррозия, происходящая в почвах и различных грунтах.
  • Контактная коррозия представляет вид коррозии, образованию которого способствует контакт нескольких металлов, отличающихся друг от друга стационарными потенциалами в конкретном электролите.
  • Биокоррозия – это коррозия металлов, происходящая под воздействием различных микроорганизмов и их жизнедеятельности.

Коррозия током (внешним и блуждающим) – еще один вид коррозии металлов. Если на металл воздействует ток от внешнего источника, то это коррозия внешним током. Если же воздействие осуществляется посредством блуждающего тока, то это коррозия блуждающего тока.

Коррозийная кавитация представляет собой процесс саморазрушения металлов, возникновению которого способствует как ударное, так и коррозионное воздействие внешней среды.

Коррозия под напряжением представляет собой коррозию металла, причиной появления которой является взаимодействие коррозийно-активной среды и напряжений механического типа. Данный вид коррозии представляет существенную опасность для конструкций из металла, которые подвергаются сильнейшим механическим нагрузкам.

Фреттинг-коррозия — вид коррозии металлов, к которой приводит совокупность вибрации и воздействие коррозийной среды. Чтобы минимизировать вероятность возникновения коррозии при трении и вибрации, необходимо внимательно подходить к выбору конструкционного материала. Также необходимо применять специальные покрытия и по возможности снизить коэффициент трения.

По характеру разрушений коррозия разделяется на сплошную и избирательную

Сплошная коррозия полностью покрывает поверхность металла. Если скорость разрушений на всей поверхности одинакова, то это равномерная коррозия. Если разрушение металла на различных его участках происходит с разной скоростью, то коррозия называется неравномерной.

Избирательная коррозия подразумевает разрушение одного из компонентов сплава или же одной структурной составляющей.

Местная коррозия, проявляющаяся в виде отдельно разбросанных по поверхности металла пятен, представляет собой углубления разной толщины. Разрушения могут представлять собой раковины или точки.

Подповерхностная коррозия образуется непосредственно на поверхности металла, после чего активно проникает вглубь. Данный вид коррозии сопровождается расслоением изделий из металла.

Межкристаллитная коррозия проявляется в разрушении металла по границам зерен. По внешнему виду металла ее достаточно сложно определить. Однако очень быстро меняются показатели прочности и пластичности металла. Изделия из него становятся хрупкими. Наиболее опасен этот вид коррозии для хромистых и хромоникелевых видов стали, а также для алюминиевых и никелевых сплавов.

Щелевая коррозия образуется на тех участках металлов и сплавов, которые находятся в резьбовых креплениях, различных зазорах и под всевозможными прокладками.

Источник: https://steel-master.ru/teoria/korrozia-metallov-i-ee-vidy/

35.Коррозия. Классификация коррозионных процессов по характеру разрушений, по виду агрессивной среды, по механизму протекания. Скорость равномерной коррозии

Коррозия – это
разрушение конструкций и изделий из
металлических материалов (металлов и
сплавов), происходящее вследствие их
физико-химического взаимодействия с
окружающей средой, которую называют
коррозионной, а образовавшиеся химические
соединения – продуктами коррозии.
Коррозия сопровождается выделением
энергии и рассеиванием продуктов
коррозии в окружающей среде. Процесс
коррозии железа и его сплавов называют
ржавлением.

Коррозионные
среды бывают

жидкими и
газообразными,

токопроводящими
и неэлектролитами, естественными и
искусственно созданными
.

К газообразным относятся природная
атмосфера и газы, образующиеся при
сгорании топлива или выделяющиеся в
различных химических производствах.
Жидкие – это жидкости-электролиты
(водные растворы солей, кислот, щелочей.

Морская вода) и жидкости-неэлетролиты
(сернистая нефть, бензин, керосин).
Естественными. Кроме атмосферы, являются
вода и почва, искусственными – многие
химические вещества.

По характеру
разрушения поверхности различают
коррозию:

сплошную
(общую), при которой поражается вся
поверхность изделия. Она бывает
равномерной и неравномерной;

локальную
(местную),
при которой поражаются лишь отдельные
участки поверхности. Она проявляется
в виде пятен, язв и питтинга (точечного
разрушения на большую глубину).
Перечисленные коррозионные разрушения
являются макроскопическими дефектами.

К микроскопическим
дефектам относятся разрушения,
происходящие при коррозии:

селективной
(избирательной), т.е. в случае
преимущественного разрушения одного
или нескольких компонентов сплавов,
например обесцинкование латуни;

межкристаллитной
(интеркристаллитной), т.е. при разрушении
по границам кристаллитов (или зерен),
приводящем к ослаблению связи между
ними, например окисление чугунов при
переменном нагреве и охлаждении.
Кристаллитами (или зернами) называют
кристаллы поликристаллического тела,
имеющие неправильную форму в отличие
от правильно ограненных кристаллов;

транскристаллитной,
т.е. при разрушении, возникающем под
действием механических напряжений и
сопровождающемся появлением глубоких
транскристаллитных трещин.

По механизму
протекания коррозию подразделяют на
химическую и электрохимическую.

Причина коррозии металлов и сплавов
состоит в их термодинамической
неустойчивости, поэтому коррозионные
процессы протекают самопроизвольно и
сопровождаются убылью энергии Гиббса.

Химическая и электрохимическая коррозия
относится к гетерогенным
окислительно-восстановительным
процессам, протекающим на поверхности
металлов и сплавов (на границе раздела
фаз материал — коррозионная среда.

При
этом разрушаемый материал являющийся
восстановителем, непосредственно
взаимодействует с окислителем
коррозионной среды.

Изменение
температуры может ускорять или замедлять
процесс электрохимической

коррозии.
Это связано с ее различным влиянием на
скорость любой стадии сопряженных
реакций.

  • По влиянию
    кислотности раствора (рН среды) на
    процесс электрохимической коррозии
    все металлы подразделяют на пять групп,
    каждая из которых имеет свой вид
    зависимости:
  • -металлы с высокой
    коррозионной стойкостью в кислых,
    нейтральных и щелочных растворах, такие
    как Аg, Аи, Рt и др. скорость их коррозии
    не зависит от рН раствора;
  • — металлы, устойчивые
    в кислотных растворах, но нестойкие в
    щелочных – Мо, Та, W и др;
  • -металлы малостойкие
    в кислотных растворах, но устойчивые в
    щелочных – Ni, Сd,
  • — металлы, устойчивые
    в растворах близких к нейтральным, но
    разрушающиеся в щелочных и кислотных
    из-за амфотерности – Zn, Аl, Sn, Pb;
  • — металлы малостойкие
    в кислотных растворах, в интервале
    значений рН 4…8,5 имеют постоянную
    скорость коррозии, которая при рН>10
    резко уменьшается следствие образования
    на их поверхности малорастворимых
    гидроксидов – Fе, Мg, Сu, Мn.
  • Влияние давления
    на скорость электрохимической коррозии
    связано, главным образом с изменением
    растворимости газа, участвующего в
    катодном процессе.
  • Скорость движения
    электролита в большей степени влияет
    на коррозию, протекающую с кислородной
    деполяризацией, чем на коррозию с
    водородной деполяризацией.

Влияние состава
(вида, числа, концентрации компонентов)
электролитной среды также имеет сложный
характер. С возрастанием концентрации
раствора скорость коррозии начале
увеличивается, а затем падает. Такая
зависимость типична для коррозии
металлов в нейтральных растворах солей
(Nа2
SО4,
NаСl, КСl), протекающей с кислородной
деполяризацией.

Электрохимическая
коррозия значительно ускоряется в
присутствии небольшого количества
веществ, называемых в соответствии с
характером их действия активаторами
(ускорителями или стимуляторами).

К их
числу галогенид –ионы Сl-,
Вr-,
I-,
которые адсорбируясь на поверхности
защитной пленки, вытесняют из нее
кислород. При этом образуются растворимые
галогениды металлов, которые, облегчая
доступ коррозионной среды, способствуют
началу и дальнейшему усилению коррозии.

Особенно велико влияние хлорид-ионов
на растворение таких металлов, кА
железо, никель, алюминий.

36. Хим. коррозия.
Высокотемпературная газовая коррозия
металлов. Законы рост оксидных пленок.
Факторы, определяющие защитные свойства
пленки. Фактор Пиллинга-Бедвордса. Коррозия в среде жидких неэлектролитов.
Обычно
скорость r газовой коррозии, т.е. процесса
окисления, выражают через скорость
роста толщины δ оксидной пленки во
времени t: r = dδ
⁄ dt.

Рост толщины
пленки
, т.е.
окисление поверхности металла, может
проходить в соответствии с различными
кинетическими зависимостями, или
законами:
линейным, параболическим, логарифмическим
.

Согласно линейному
закону, скорость процесса окисления
постоянна во времени
.

Этот закон выполняется как при полном
отсутствии оксидной пленки на поверхности,
так и при наличии тонкой или незащитной
(пористой, несплошной) оксидной пленки,
у которой α 1.

согласно параболическому закону
окисляются вольфрам, кобальт, никель,
а также медь в интервале температур
300…10000С
и железо – 500…1000оС

Дифференциальное
уравнение скорости процесса окисления:
d δ ⁄
d t=k!!
⁄ δ для
параболического закона.

Логарифмический
закон
имеет
место, когда происходит либо уплотнение
защитной оксидной пленки, либо появление
в ней дефектов в виде пузырей или
расслоений, тормозящих процессы встречной
диффузии ионов кислорода и металла.

При
этом наблюдается сильное затухание
процесса окисления, и рост толщины
оксидной пленки осуществляется медленнее,
чем по параболическому закону. В
соответствии с логарифмическим законом
окисляются медь при температуре ниже
100оС,
тантал – ниже 150оС,
железо – ниже 400оС,
а также алюминий, цинк и никель ниже
150оС.

Скорость процесса окисления в этом
случае обратно пропорциональна времени
его протекания.

Читайте также:  Суть и особенности проведения токарной обработки, история и современность токарного дела

Дифференциальное
уравнение скорости процесса окисления:
d δ ⁄
d t=k!!!
⁄ t для
логарифмического закона.

Из большого числа
внутренних факторов существенное
влияние на скорость окисления при
газовой коррозии оказывает состояние
поверхности металла, связанное с
образованием, устойчивостью и разрушением
оксидных пленок. Их защитные свойства
в значительной степени определяются
природой и составом сплавов.

Так, хром,
алюминий, кремний и углерод очень сильно
замедляют процесс окисления стали
вследствие образования пленок с высокими
защитными свойствами. Аналогичная
картина наблюдается и при легировании
меди бериллием, оловом алюминием и
цинком.

Наоборот, элементы, образующие
легкоплавкие и летучие оксиды, например
ванадий, вольфрам, молибден ускоряют
процесс окисления.

Внешние факторы,
такие как вид, состав, давление, температура
и скорость движения газовой среды, время
ее контакта, режим нагрева оказывают
большее влияние на скорость коррозии,
чем внутренние.

При повышении температуры,
с одной стороны, понижается термодинамическая
возможность газовой коррозии, с другой,
— увеличивается константа скорости
химической реакции и коэффициент
диффузии, а также изменяются защитные
свойства оксидной пленки.

В целом с
ростом температуры скорость коррозии
увеличивается в соответствии с
зависимостью, близкой к экспоненциальной.
Колебания температуры, особенно
попеременные нагрев и охлаждение,
вызывают быстрое разрушение защитной
пленки из-за возникновения больших
внутренних напряжений.

С повышением
парциального давления кислорода скорость
окисления ряда металлов при высокой
температуре увеличивается, а затем при
достижении некоторого критического
значения уменьшается и остается
достаточно низкой в широком интервале
давления. Наблюдаемое явление получило
название высокотемпературной пассивацией.

Пассивное состояние металла обусловлено
образованием на его поверхности
совершенной по структуре оксидной
пленки. В оксидных пленках определенной толщины и совершенной структуры (без
трещин, пор, вакансий и др.) процессы
встречной диффузии прекращаются. Такие
пленки и являются защитными.

Чтобы
обладать защитными свойствами, оксидная
пленка должна удовлетворять следующими
требованиям: быть сплошной, беспористой,
химически инертной к агрессивной среде,
иметь высокие твердость, износостойкость,
адгезию (прилипаемость к металлу) и
близкий к металлу коэффициент термического
расширения.

Главным требованием является
условие сплошности Пиллинга-Бедвордса, согласно которому объем образовавшегося
оксида должен быть больше израсходованного
на окисление объема металла VМmОn>VМ.

Отношение этих объемов называют фактором
сплошности Пиллинга-Бедвордса α
,
который рассчитывают, используя молярную
массу атомов Мм
и плотность ρМ
металла, а также молярную массу ММmОn
и плотность ρМmОn
его оксида: α = VМmОn ⁄VМ
= ММmОnρМ
⁄ρМmОn
mММ
где m – число атомов металла в молекуле
оксида.

Если α>1, то
формирование и рост толщины пленки при
окислении происходит в условиях сжатия,
поэтому она является сплошной и может
обладать защитными свойствами. Если α
< 1, то пленка в процессе своего формирования и роста испытывает растяжения, которые способствуют ее разрушению и появлению трещин, различных дефектов, вследствие чего кислород свободно проникает к поверхности металла.

Химическая коррозия
характерна для сред, преимущественно
не проводящих электрический ток. В
зависимости от вида этих сред различают:
химическую коррозию в жидкостях-неэлектролитах;
химическую газовую коррозию (газовую).
Они сопровождаются возникновением
электрического тока и протекают по
механизмам гетерогенных
окислительно-восстановительных реакций..

Жидкости-неэлектролиты
– это неэлектропроводные жидкие
коррозионные среды неорганического

(жидкий бром, расплавленная сера и др.)
и органического
(нефть,
керосин, бензол и др.) происхождения.

В
чистом виде они малоагрессивны, однако
присутствие в них даже малых количеств
примесей (меркаптанов, сероводорода,
воды, кислорода и др.) резко увеличивает
их химическую активность.

Так, меркаптаны
(R-SН) и сероводород (Н2S),
содержащиеся в сырой нефти, вызывают
коррозию Fе, Сu, Ni, Аg, Рb, Sn с образованием
соответственно их меркаптидов (М (SR)z)
и сульфидов (МmSn).

  1. Fе0
    → Fе+2
    + 2е
  2. 2Н+1
    + 2е → Н2 ↑
  3. Fе + Н2S→FеS
    +Н2↑

37. Электрохимическая
коррозия. Случаи образования коррозионных
гальванопар. Электродные процессы в
различных средах. Привести пример.
Факторы, приводящие к электрохимической
коррозии. Скорость электрохимической
коррозии.:рН и состав среды, температура
и концентрация окислителя.

(в 36 билете)
Стимуляторы и ингибиторы коррозии.
Коррозия малоуглеродистой стали в
различных средах.
Абсолютно
коррозионно-стойких металлов нет. Золото
–стойкое в обычных условиях – растворяется
в растворах цианидов калия или натрия
вследствие образования устойчивых
комплексных ионов.

В результате коррозии
металлические изделия теряют свои
ценные технические свойства, поэтому
важное значение имеет антикоррозионная
защита металлов и сплавов.

Коррозия –
это разрушение конструкций изделий из
металлических материалов (металлов и
сплавов), происходящее вследствие их
физико-химического взаимодействия с
окружающей средой, которую называют
коррозионной (или агрессивной), а
образовавшиеся химические соединения
–продуктами коррозии.

По механизму
процесса коррозию подразделяют на
химическую
и электрохимическую
.
Причина коррозии металлов и сплавов
состоит в их термодинамической
неустойчивости, поэтому коррозионные
процессы протекают самопроизвольно и
сопровождаются убыль энергии Гиббса:
(rG)р,Т

Источник: https://studfile.net/preview/806909/page:11/

Классификация видов коррозии металлов

  • химическую коррозию;
  • электрохимическую коррозию;
  • газовая коррозия — протекающая при высоких температурах;
  • коррозия в неэлектролитах (бензин, керосин и др.);
  • коррозия в электролитах (солях, кислотах, щелочах) при полном, частичном или периодическом погружении, в движущейся или покоящейся среде;
  • коррозия в естественных природных условиях (атмосферная, морская, подземная коррозия);
  • коррозия под воздействием внешнего тока (электрокоррозия);
  • радиохимическая коррозия (под воздействием радиоактивного излучения);
  • биологическая коррозия (под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов);
  • фреттинг-коррозия или коррозионная эрозия (при одновременном воздействии коррозионной среды и сил трения);
  • коррозия при кавитации (ударном воздействии коррозионной среды);
  • контактная коррозия (коррозия, возникающая при контакте металлов, имеющих различные потенциалы);
  • щелевая коррозия (протекающую в узких щелях и зазорах между отдельными деталями);
  • структурная коррозия (обусловленная структурной неоднородностью сплава);
  • термоконтактная коррозия (возникающая за счет температурного градиента, обусловленного неравномерным нагреванием поверхности металла);
  • сплошная или общая коррозия;
  • местная коррозия;
  • равномерная
  • неравномерная
  • пятнистая;
  • язвенная;
  • точечная;
  • сквозная;
  • нитевидная;
  • подповерхностная (данный вид коррозии начинается с поверхности, но распространяется преимущественно под поверхностью металла, вызывая его вспучивание и расслоение);
  • межкристаллитная (разрушения сосредоточены по границе зерен металла);
  • избирательная коррозия (характерна для сплавов, коррозионному воздействию подвергаются отдельные компоненты сплава);
  • внутрикристаллитная (транскристаллитная) коррозия;
  • коррозионное растрескивание (наблюдается при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений);

Невозможно дать однозначный ответ. Все зависит от условий эксплуатации изделий. Например, для силовых элементов конструкций наиболее опасны межкристаллитная коррозия и коррозионное растрескивание.

Для резервуаров, трубопроводов наиболее опасна точечная либо язвенная коррозия.

Для поверхностей трения, электрических контактов, высокочастотных волноводов наиболее опасна сплошная коррозия.

В некоторых случаях опасна не столько сама коррозия, сколько загрязнение поверхности ее продуктами (декоративные покрытия, зеркала и пр.). В этом случае самой нежелательной является сплошная коррозия равномерного типа.

Источник: https://www.corrosio.ru/posts/klassifikatsiya-vidov-korrozii-metallov

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 дорожно-строительных 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 механических систем. Большинство деталей механических систем 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 др.

, а также щелочные соединения, являющиеся типичными электролитами.

Все металлы неустойчивы с точки зрения термодинамики 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, которые, 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 • 2(Н20), 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, различающиеся по свойствам.

На границах кристаллов существуют неодинаковые электрические потенциалы, в результате чего отдельные кристаллит- ные 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.

Источник: https://studref.com/651352/matematika_himiya_fizik/mehanizm_korrozionnogo_razrusheniya_materialov

Классификация видов износа

Процесс трения всегда сопровождается износом, который постепенно приводит механическую систему в состояние непригодности. Многие детали машин и механизмов подвергаются интенсивному износу.

Увеличение срока службы быстроизнашивающихся деталей различного назначения — важнейшая проблема современного машиностроения и других отраслей техники, в решении которой ведущую роль играют металлургия и литейное производство.

Для классификации видов износа прежде всего необходимо рассмотреть понятия «износ», «износостойкость», «изнашивание» и «интенсивность изнашивания», которые приняты и используются в повседневной практике.

Износ — изменение размеров, формы, массы твердых тел или состояния их поверхностей вследствие либо остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок, либо разрушения поверхностного слоя при трении.

В соответствии с ГОСТ 27674-88 изнашивание классифицируется как процесс отделения материала с поверхности твердого тела и увеличения его остаточной деформации.

Износостойкость (износоустойчивость) — сопротивление материалов деталей машин и других трущихся частей износу. Износостойкость оценивается, например, уменьшением массы литой детали за время работы, ее линейных размеров или изменением объема детали.

Следует отметить, что изнашивание — это прежде всего процесс взаимодействия поверхностей, который сопровождается не только их микрорезанием, деформированием и нагреванием, но также и изменением механических свойств, структуры, фазового состава и химической активности поверхностных слоев.

В процессе длительного воздействия на поверхность детали микро- и макроскопических абразивных частиц происходит износ, оцениваемый по уменьшению размеров, объема, массы деталей в абсолютных или относительных единицах. Износ, отнесенный к пути трения, объему выполненной работы, работе трения и т.д., является показателем интенсивности изнашивания.

Износ и интенсивность изнашивания определяют и по другим косвенным признакам. Чаще всего под износом принято понимать постоянное срабатывание поверхности деталей в результате процесса трения. Износ, отнесенный к промежутку времени процесса трения, определяет скорость изнашивания.

Практика эксплуатации машин и другого оборудования показывает, что большая его часть теряет работоспособность не вследствие поломок, а в результате износа отдельных деталей.

Высказано мнение о необходимости исследования износа и сопутствующих процессов, реализующихся при трении, и показано, что взаимодействие поверхностей при трении проявляется в формировании дискретных контактов — пятен, в котором участвуют выступы и покрывающие их пленки, а также прилегающие к этим выступам соседние участки материала. Считается, что силы, приложенные к разным участкам пятен контакта, образующихся при относительном движении сопряженных поверхностей, неодинаковы, а температура материалов, даже в пределах площади контактов, различна. Это приводит к различной реакции локальных микрообъемов мате-риалов при износе трением.

Принят ряд классификаций по видам износа при трении, построенных в основном на базе внешних условий и признаков процесса. Различают также четыре главные формы износа и несколько второстепенных (сопутствующих) процессов, которые часто классифицируются как самостоятельные виды износа.

К главным видам износа можно отнести следующие виды.

  1. Адгезионный износ возникает в условиях трения, когда два гладких тела скользят друг по другу и частицы материала, вырванные с одной поверхности, прилипают к другой. Этот вид износа имеет место, когда атомы контактирующих поверхностей входят в близкий контакт. На площадях контакта при скольжении поверхностей всегда существует вероятность того, что из-за адгезионных сил разрушение этого контакта происходит не по первоначальной поверхности раздела одного материала, а внутри него.
  2. Абразивный износ возникает в условиях трения, когда более твердые шероховатые поверхности скользят по более мягким, царапают или пропахивают ее, образуя свободные частицы. Абразивный износ может возникнуть и тогда, когда твердые частицы попадают между поверхностями фрикционной связи и изнашивают их.
  3. Коррозионный износ имеет место, когда контакт поверхностей происходит в коррозионных средах. В процессе скольжения образующиеся на поверхности пленки разрушаются и коррозионное воздействие распространяется вглубь материалов.
  4. Поверхностная усталость наблюдается во время многократного скольжения или качения по одним и тем же поверхностям с непрерывно повторяющимися циклами нагружения и разгрузки. По ГОСТ 27674-88 различают механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное изнашивание, а изнашивание деталей машин и механизмов принято классифицировать по причинам, в соответствии с которыми различают механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабразивное, газообразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, окислительное, электроэрозионное изнашивание и фреттинг-коррозию. К основным явлениям и процессам при трении и изнашивании относятся: схватывание, перенос материалов, задирание, выкрашивание и отслаивание. Различают схватывание 1-го рода (холодный задир) и 2-го рода (горячий задир).

Установлено два наиболее решающих фактора, влияющих на процесс схватывания трущихся тел: их температура и нагрузка.

Начало процесса заедания может быть вызвано изменением различных факторов, например, увеличением скорости скольжения, нагрузки, температуры контактируемых поверхностей, уменьшением вязкости смазывающего материала и других факторов.

В процессе заедания резко возрастает интенсивность изнашивания поверхностей, что приводит к росту динамических нагрузок и выходу из строя деталей узла. В обоих случаях заедания прекращается относительное перемещение и происходит заклинивание узла механизма.

Однако в настоящее время отсутствует единое мнение о природе процесса заедания, что связано со сложностью явления и трудностями прямого экспериментального наблюдения за началом его возникновения и развития.

  • Предложена гипотеза, утверждающая, что при работе деталей и механизмов осуществляются два процесса: схватывание металлического сплава и окисление пластически деформированных поверхностных слоев с образованием растворов и химических соединений кислорода с материалами деталей по поверхности их взаимного контакта.
  • Распространена и теория износа пластичных металлических сплавов посредством отслаивания тонких «листков» от поверхности детали в результате возникновения на определенной и примерно постоянной глубине остаточных напряжений, вызванных скоплением дислокаций, под воздействием другой детали, работающей в режиме скольжения.
  • Допуская, что изнашивание всей поверхности детали происходит равномерно, число циклов до разрушения, необходимое для аналитической оценки интенсивности износа, может быть определено из уравнения

где b, ν — параметры кривой опорной поверхности; ε — относительное сближение поверхностей; hmax — высота максимального выступа истирающей поверхности; ξ — коэффициент, учитывающий влияние на величину площади фактического контакта упругих деформаций, 0,5 ≤ ξ ≤1; ηc — относительная контурная площадь, участвующая в процессе трения; d — средний диаметр единичного пятна контакта; n — число циклов до разрушения.

В настоящее время проведена экспериментальная проверка определения числа циклов до разрушения.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по интенсивности износа показывает хорошую сходимость результатов и позволяет сделать вывод о возможности использования аналитической оценки интенсивности износа, основанной на представлении об усталостном разрушении поверхностей для металлов, самосмазывающихся материалов, полимеров и других материалов.

В ряде случаев считают, что понятие усталостного износа как вида разрушения, при котором материал подвергается повторному действию сил, приводящих к накапливанию в нем повреждений, может быть использовано и для анализа процесса, который классифицируется как адгезионный износ.

В основу классификации положен механизм отделения продуктов износа от поверхности.

Основными видами износа являются адгезия или перенос, резание, коррозия, пластическая деформация и усталостное разрушение, а к специфическим видам износа относят растрескивание, поверхностные реакции, отрыв, расплавление и электрохимические реакции. К последним можно отнести и фреттинг-коррозию, которая происходит в болтовых и заклепочных соединениях.

Достаточно полная классификация износа при трении (табл. 1) дана в работе , в которой для характеристики видов износа в основу положен тип относительного движения контактируемых тел. По виду движения различают износ, вызываемый скольжением, качением и вращением. Нагрузка при движении может быть статической, переменной или ударной, а также равномерной или неравномерной.

Вид износаТип движенияНагрузка
Промежуточное вещество жидкость
При скольжении со смазкой При качении со смазкойПри вращении со смазкой СкольжениеКачениеВращение Постоянная или переменная
Промежуточное вещество газ
При скольжении со смазкой При качении со смазкойПри вращении со смазкой СкольжениеКачениеВращение
Промежуточное вещество твердое
Абразивный при скольжении То же при каченииТо же при вращении СкольжениеКачениеВращение
Вызываемый струей: скользящейпадающей под углом падающей перпендикулярно Закрытое истечение Параллельно к поверхности износа Под углом к поверхности износаПерпендикулярно
КавитационныйОбусловленный ударами капель жидкости Ударный Удары при захлопывании пузырьков с пониженным давлениемУдары свободно движущихся капель жидкости Повторяющееся соударение двух твердых тел

С практической точки зрения важнейшее значение имеют два вида износа:

  1. вызывается трением скольжения (рис. 1);
  2. вызывается трением качения (рис. 2).

В процессе износа при скольжении материалы под действием напряжений работают на срез, а в процессе трения износа при качении развиваются нормальные напряжения. При длительном нагружении под действием переменных давлений это приводит к выкрашиванию частиц на поверхности, т.е. образованию раковин (питтинга).

Если наряду с нормальными напряжениями развиваются также и касательные, то происходит проскальзывание, в наибольшей степени способствующее процессу износа. Нагружение, сочетающее скольжение и качение, возможно, например, в зубчатых передачах.

Износ при скольжении, вызываемый вращением, образуется в вершинах опор и в шаровых подпятниках. Это тот вид износа, при котором имеет место эффект вращения при относительном смещении соприкасающихся участков поверхности. Все три типа износа могут проявиться в смешанных формах.

Типичным примером ударного износа является износ колец седла клапана двигателя внутреннего сгорания. Ударный износ, как и износ, обусловленный трением качения, приводит к образованию питтинга.

При обычном трении как без смазочного материала, так и при наличии граничной смазочной пленки детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01 … 0,0001 номинальной площади сопряженных поверхностей. В результате участки фактического контакта испытывают высокие напряжения, что приводит к их взаимному внедрению, пластической деформации и интенсификации изнашивания.

Схемы контакта при трении качения приведены на рис. 3, а на рис. 4 — схемы контакта стальной и бронзовой трущихся деталей при граничной смазке (рис. 3, а и рис. 4, а) и при избирательном переносе (ИП) (рис. 4, 6).

Если при граничной смазке контакт сопряженных поверхностей происходит только в отдельных точках, то при ИП он осуществляется через пластически деформируемый мягкий и тонкий слой меди. В результате площадь фактического контакта возрастает в десятки раз, а материал деталей испытывает лишь упругие деформации.

При граничной смазке взаимодействие неровностей поверхностей вызывает усталостное изнашивание. При ИП трение непрерывное, площадки действительного контакта плоские. При трении с граничной смазкой и трении без смазочного материала поверхности деталей всегда покрыты окисными пленками (рис.

5), которые предотвращают непосредственный контакт металлических поверхностей и их схватывание. Однако окисные пленки хрупки, не способны многократно деформироваться и поэтому в процессе трения разрушаются в первую очередь. С повышением температуры в зоне трения окисные пленки утолщаются, при этом увеличивается и объем их разрушения.

Виды разрушения деталей при трении могут быть допустимыми и недопустимыми (рис. 6).

Частыми причинами выхода из строя опор качения являются усталостное выкрашивание дорожек и тел качения, заклинивание и разрыв сепараторов, абразивное изнашивание.

При эксплуатации опор качения указанные повреждения в ряде случаев могут быть устранены или уменьшены при использовании металлоплакирующих смазочных материалов, содержащих 0,1… 10% (маc.

) твердых частиц металлов, их окислов, металлоорганических соединений или твердых антифрикционных материалов (рис. 7).

Долговечность пар трения с линейным контактом тел качения и колец обратно пропорциональна нагрузке на более нагруженное тело в степени 3,3. Снижение этой нагрузки на 10% повышает долговечность подшипника на 36%.

Создание между телом качения и кольцом подшипника металлической пленки увеличивает площадь контакта и тем самым снижает максимальную нагрузку на тело качения.

Сервовитная пленка толщиной 0,5… 1 мкм может увеличить даже при достаточно большой нагрузке площадь контакта в 1,5…2 раза.

Практически, все встречающиеся виды износа могут быть представлены как совокупность основных. Так, абразивный износ может быть представлен как «резание + деформация»; эрозия жидкими средами -«деформация + усталость»; кавитация — «деформация + коррозия» и износ смазываемых поверхностей — «адгезия + коррозия».

Условия перехода от одного вида износа к другому зависят от условий трения и природы материала.

При интенсивном износе преобладают адгезионный и абразивный механизмы разрушения материалов, частицы износа имеют вид осколков, а на поверхности трения образуются глубокие вырывы.

Интенсивный износ сопряженных поверхностей — один из существенных каналов утечки материальных и энергетических ресурсов, поэтому разработке эффективных методов борьбы с ним в последнее время уделяется огромное внимание.

По данным 85…90 % машин выходят из строя по причине износа деталей, хотя за последние годы использование эффекта безызносности значительно расширилось.

В настоящее время трудно указать область машиностроения или приборостроения, в которой ИП не был бы применен или апробирован.

ИП проявляется при трении: стали по стали и чугуну; чугуна по чугуну; стали по порошковому материалу, металлополи-меру, стеклу, бронзе, алюминиевым сплавам, композиционным и другим материалам.

При трении сопряженные поверхности изнашиваются одновременно, что приводит к изменению их взаимного положения. Износ сопряжения характеризуется изменением взаимного расположения сопряженных деталей. Доказано, что в зависимости от характера возможного сближения поверхностей все сопряжения подразделяются на две разновидности:

  1. сопряжения с изнашивающимися или малоизнашивающимися по-верхностями, которые обеспечивают сближение деталей при износе только в заданном направлении;
  2. самоустанавливающиеся сопряжения, в которых взаимное положение деталей зависит от формы изношенной поверхности и износ наиболее сказывается на функциональных свойствах пары.

(1

Источник: https://chiefengineer.ru/tehnicheskie-discipliny/mehanika/klassifikaciya-vidov-iznosa/

Виды коррозии

Коррозия в зависимости от механизма реакций, протекающих на поверхности металла, подразделяется на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия представляет собой процесс разрушения металла при взаимодействии с сухими газами (газовая коррозия) или жидкими неэлектролитами (коррозия в неэлектролитах) по законам химических реакций и не сопровождается возникновением электрического тока. Продукты коррозии в этом случае образуются непосредственно на всем участке контакта металла с агрессивной средой.

При длительной эксплуатации трубопроводов, защищенных только изоляционным покрытием, возникают сквозные коррозионные повреждения уже через 5—8 лет после укладки трубопроводов в грунт вследствие почвенной коррозии, так как изоляция со временем теряет прочностные свойства и в ее трещинах начинаются интенсивные процессы наружной электрохимической коррозии. Суть процессов электрохимической коррозии заключается в следующем.

Электрохимическая коррозия (коррозионное разрушение) возникает под действием коррозионно-активной среды, разнообразна по характеру, вызывает большинство коррозионных разрушений трубопроводов и оборудования. Электрохимическая коррозия протекает с наличием двух процессов — катодного и анодного.

Электрохимическая коррозия является гетерогенной электрохимической реакцией. Она подразделяется на коррозию в электролитах, почвенную, электрокоррозию, атмосферную, биокоррозию, контактную.

Во всех случаях окисление металлов происходит за счет возникновения электрического тока, протекают анодные и катодные процессы на различных участках поверхности и продукты коррозии образуются на анодных участках.

При электрохимической коррозии одновременно протекают два процесса — окислительный (аноидный), вызывающий растворение металла на одном участке, и восстановительный (катодный), связанный с выделением катиона из раствора, восстановлением кислорода и других окислителей на другом.

В результате возникают микрогальванические элементы, и появляется электрический ток, обусловленный электронной проводимостью металла и ионной проводимостью раствора электролита. Анодные и катодные процессы локализуются на тех участках, где их протекание облегчено.

Причины, вызывающие электрохимическую неоднородность поверхности, весьма многочисленны: макро- и микронеоднородности металла; фазовая и структурная неоднородность сплавов; неоднородность и несплошность поверхностных пленок; неоднородность деформаций и напряжений. Кроме того, неоднородны и жидкие фазы, контактирующие с поверхностью.

Существующие виды коррозии металлов представлены на рис. 1.

Рисунок 1 — Виды коррозии: а — пятнами; б — язвенная; в — точечная; г -подповерхностная; д — структурно-избирательная; е -межкристаллитная; ж -коррозионное растрескивание

Энергетическая характеристика перехода ионов в раствор при взаимодействии металла с электролитом или обратно — электродный потенциал. При взаимодействии металла с водой происходит его растворение или разрушение, т.к. атомы кислорода и водорода воды образуют полярные молекулы с двумя полюсами («+» и «-»), что приводит к возникновению силового электрического поля в воде.

Молекулы воды внедряются в кристаллическую решетку металла на его поверхности (происходит гидратация), и переходя в воду с образованием ион-атома несущего положительный заряд. При этом оставшиеся в металле электроны носят отрицательный заряд.

Ион-атом окружается молекулами воды, происходит образование у поверхности металла двойного электрического слоя и возникает разность потенциалов между поверхностью металла и слоями раствора, прилегающими к нему. При насыщении слоя ион-атомами переход их с поверхности металла в раствор прекращается.

В этом случае устанавливается равновесие между разностью потенциалов в слое и разностью между свободными энергиями ионов металла в металле и в растворе. Это состояние соответствует равновесному электродному потенциалу. Он зависит от свойств ионов, их концентрации в растворе.

Электродный потенциал платинового электрода в растворе НС, содержащий ионы водорода, продуваемого через раствор, условно принимается равным нулю, и называется нормальным водородным электродом.

Равновесные потенциалы различных электродов % в растворах собственных солей, в которых концентрация равна единице, измеренные относительно нормального водородного электрода, называется нормальными потенциалами.

Они образуют нормальный электрохимический ряд напряжений, по которому можно определить какой из пары взятых металлов будет разрушаться (служить анодом), и степень опасности коррозийного процесса.

Согласно теории электрохимической коррозии разрушение металла обусловлено работой множества короткозамкнутых гальванических элементов, образующихся вследствие неоднородности среды и металла. При работе коррозийного элемента уменьшается разность начальных потенциалов, что сопровождается уменьшением коррозийного тока.

Этот процесс называется поляризацией. Различают анодную и катодную поляризацию.

При анодной поляризации в случае усиленного растворения металла ионы металла медленнее переходят в раствор, чем электроны отводятся в катодную область, и у поверхности электрода накапливаются положительные ионы металла, потенциал анода смещается в сторону положительных значений.

Катодная поляризация сопровождается смещением потенциала электрода в отрицательную сторону и вызывается в основном малой скоростью электрохимической реакции соединения деполяризаторов с электронами. Участки, на которых растворяется металл, называются анодными, на них ион-атомы железа переходят в раствор, а на катодных — ток выводит в грунт.

Электрохимические процессы на аноде и катоде различны, но взаимосвязаны, и, как правило, самостоятельно не протекают. Такая связанная система называется коррозионным микроэлементом. На анодных участках осуществляется окисление с образованием ионов металла Fe+2 , а на катодных под влиянием кислорода образуется гидроокись (в результате кислородной деполяризации).

  • Ионы железа и гидроксила взаимодействуют и образуют нерастворимый осадок Fe(OH)2, который разлагается на окись железа и воду;
  • Fe pH2 —» Fe2O3 + Н2О
  • Высвобождающиеся при окислении электроны от анодного участка по металлу изделия протекают к катоду и участвуют в реакции восстановления.

В некоторых случаях возможны сложные процессы коррозии при одновременном воздействии двух или более факторов. К ним относятся коррозия под напряжением, щелевая, коррозионная эрозия, коррозионная кавитация.

Скорость коррозионных процессов зависит от многих факторов, связанных как со свойствами, составом и строением металлического материала, так и со свойствами среды и внешними воздействиями.

Для стальных трубопроводов, уложенных в грунт, скорость разрушения зависит во многом от коррозионности грунта, в частности, от типа грунта, состава и концентрации веществ, содержания влаги, проникновения воздуха в грунт, структуры грунта, температуры и удельного сопротивления грунта, наличия в грунте бактерий, активизирующих коррозионные процессы. Оценивается коррозионная активность грунта по величине его удельного электросопротивления (чем меньше р, тем больше возможность коррозии). Важной характеристикой грунта является и водородный показатель рН среды (увеличение скорости коррозии при уменьшении рН). На интенсивность коррозии оказывает влияние неоднородность металла, механические напряжения, температуры и т.д. Неоднородность металла приводит к появлению коррозионных микроэлементов (микропар) в местах соприкосновения с грунтом, или в месте изменения физических свойств грунта.

Коррозия может произойти и при образовании макропары из-за наличия макровключений — окалины, царапины, вмятины, наклепа, поперечных, продольных сварных швов, макроструктурной неоднородности физико-химических свойств почв, (например, при неоднородном поступлении кислорода к поверхности трубопровода, расположенном под полотном дороги). Существенное влияние на скорость коррозии оказывает жизнедеятельность анаэробных бактерий, особенно в почвах, содержащих большое количество сульфатных солей. В этом случае происходит образование серной кислоты и усиление коррозионных процессов.

Источник: https://studwood.ru/582407/tovarovedenie/vidy_korrozii

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector