» » Методы испытания на коррозию
08.02.2017

При выборе метода испытания на коррозию следует исходить из того, что коррозионная стойкость — не неизменное свойство металла, а зависящее от условий, в которых он находится.
Коррозионные испытания проводятся для решения многих практических вопросов, например: 1) выбор сплава, пригодного по своей коррозионной устойчивости для изготовления данного аппарата; 2) возможность замены дорогого и дефицитного сплава другим, более дешевым или менее дефицитным, обладающим достаточной коррозионной стойкостью; 3) выбор рационального способа защиты от коррозии; 4) установление влияния способа изготовления и обработки металла или сплава на его коррозионную стойкость; 5) контрольные испытания выпускаемой заводом продукции; 6) испытание качества защитных покрытий.
Следует помнить, что при решении почти любой из указанных практических задач приходится учитывать и другие свойства металла. Так, рекомендуя с точки зрения коррозионной стойкости какой-либо сплав, необходимо учитывать его технологические и прочностные свойства.
Выбор метода испытания должен быть произведен с учетом условий, в которых металл будет работать. Необходимо принимать во внимание не только состав растворов, но и скорость, характер их движения, наличие окислителей, механических примесей, температуру, доступ газов и т. д. Механические воздействия также влияют на характер разрушения. Учет всех указанных факторов особенно необходим потому, что внешние условия оказывают иногда решающее влияние на характер и скорость разрушения металла. При лабораторных испытаниях на коррозию не всегда возможно воспроизвести условия, в которых металл будет работать на практике. В этом случае необходимо следить за тем, чтобы характер коррозии в лабораторных и естественных условиях был качественно аналогичен.
В наиболее общей форме практическая цель коррозионных испытаний может быть выражена как определение долговечности данного материала в определенных условиях, а по результатам испытаний должно быть дано заключение о коррозионном поведении того или иного сплава в эксплуатационных условиях.
При испытаниях на коррозию необходимо учитывать то влияние, которое могут иметь на полученные результаты следующие факторы:
1) аппаратура, в которой ведутся испытания (конструкция, ее размеры и расположение образцов);
2) размер и форма образцов;
3) методы подготовки поверхности и защиты срезов образца;
4) состав и концентрация жидкости или газовой среды;
5) скорость и характер движения образца по отношению к внешней среде;
6) температура коррозионной среды;
7) продолжительность опыта:
8) доступ к поверхности образца или наличие (в жидкости) воздуха или каких-либо иных газов.
Г.В. Акимов предложил следующую классификацию методов коррозионных испытаний:
1) лабораторные испытания, т. е. испытания образцов в лабораторных условиях, создаваемых искусственно;
2) полевые испытания, т. е. испытания образцов в естественных, эксплуатационных условиях;
3) натурные испытания, т. е. испытания машин, аппаратов и др. в сложных условиях их эксплуатации, при этом объекты испытания могут быть как настоящими промышленными, так и специально изготовленными, несколько уменьшенными опытными или полупроизводственными.
В каждом методе коррозионных испытаний необходимо различать и учитывать две стороны. Первая — условия испытания или (прежде всего) характер действующей среды. Эта сторона метода тесно связана с самой техникой проведения эксперимента, так как от характера среды в большой степени зависит и экспериментальное оформление метода. Другая сторона коррозионных испытаний — это метод измерения и выражения коррозии (показатели коррозии). Иногда при одной и той же в основном технике проведения экспериментов можно воспользоваться несколькими различными способами выражения коррозии, например выразить коррозию через потерю массы, через максимальную (или среднюю) глубину питтинга, а также при помощи других показателей. Следует отметить, что при изменении способа выражения коррозии аппаратура остается в основном без изменений; при изменении же метода измерения обязательны существенные изменения и самой аппаратуры.
Все методы измерения коррозии можно разделить на две большие группы — качественные методы и количественные методы.
Недостаточность только лишь лабораторных испытаний для характеристики коррозионной стойкости сплавов и для объективной оценки методов защиты против коррозии доказана практикой. Среди методов коррозионных испытаний особенно большое значение имеют полевые испытания, которые проще и дешевле, чем натурные. Полевые испытания позволяют выяснить коррозионную стойкость сплавов в естественных условиях и тем самым дают возможность сравнить и оценить разнообразные способы защиты сплавов от коррозии.
Весьма интересен вопрос и об ускорении коррозионных испытаний, так как часто они очень длительны, особенно испытания сравнительно стойких химических материалов в относительно малоактивных средах. Поэтому желательно иметь такие методы, которые в короткое время давали бы результаты испытания на коррозию, пригодные для практического использования, т. е. сравнимые с результатами, получаемыми в условиях эксплуатации за длительный период времени. Следует, конечно, сразу же отбросить такие методы ускорения испытания, которые резко изменяют коррозионный процесс. Применение такого рода методов часто объясняется совершенно неправильным представлением о коррозионной стойкости как только свойстве самого материала, без учета того, что среда изменяет масштаб коррозионной стойкости в одинаковой степени для всех материалов.
Остановимся на более распространенных методах исследования коррозионной стойкости алюминиевых сплавов.
Метод исследования поверхности коррозии является самым распространенным. Алюминиевые сплавы испытывают в 3%-ном растворе NaCl+0,1% Н2О2 в течение 3 мес; для менее коррозионностойких сплавов срок испытания уменьшается до 15 сут.
Обычно образцы изготовляют из сплава по форме для механических испытаний в количестве не менее десяти па каждый вариант исследования: пять образцов
испытывают на механические свойства до постановки на коррозионные испытания и пять — после испытания на поверхностную коррозию. Перед испытанием на поверхностную коррозию образцы обезжиривают бензином, ацетоном, затем их протирают спиртом, выдерживают в эксикаторе над осушителем и взвешивают на аналитических весах. По окончании коррозионного испытания с образцов удаляют продукты коррозии в растворе 1%К2Сr2O7+5%НNO3 в течение одного часа, после чего выдерживают в эксикаторе до постоянной массы и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Затем ведут испытания на механические свойства.
Методы испытания на коррозию

Кроме испытания образцов погружением в среду, проводят испытания во влагокамере (рис. 4) с атмосферой, близкой к реальной в условиях эксплуатации изделий. Это достигается изменением температуры и влажности, а также цикличностью работы влагокамеры. Испытания в ней проводят в течение 3, 6, 9 и 12 мес. Испытания на поверхностную коррозию проводят и в коррозионном домике, который обычно устанавливают на крыше зданий, находящихся под сильным воздействием промышленных газов. Продолжительность таких испытаний 3, 6, 12 мес., а иногда более длительное время в зависимости от цели исследования.
Критерием оценки коррозионной стойкости считается потеря механических свойств (например, σв, δ) после испытаний, а также скорость коррозии.
Потерю механических свойств (Δσв, %) за время т рассчитывают по формуле
Методы испытания на коррозию

где σв0 — предел прочности до коррозионных испытании;
σв1 — предел прочности после коррозионных испытаний.
Скорость коррозии К, г/(м2*ч) рассчитывают по формуле
Методы испытания на коррозию

где К — скорость коррозии, г/ (м2*ч);
g0 — начальная масса образца, г;
g1 — масса образца после коррозии (удаления ее продуктов), г;
S — поверхность образца, м2;
т — время коррозии, ч.
В случае, если на поверхностную коррозию испытывают деталь, размеры которой не позволяют изготовлять образцы для механических испытаний, то определяют только скорость коррозии. Если коррозия не сплошная, а отдельными участками, то замеряют площадь поражения или число точечных поражений на определенной площади — 1 дм2 или 1 m2.
Для исследования характера коррозии вырезают шлифы из мест с наибольшими поражениями в поперечном сечении. На шлифе определяют характер коррозии и глубину ее проникновения. Визуальное наблюдение позволяет фиксировать изменение внешнего вида поверхности металла, при этом обычно отмечают время появления продуктов коррозии, их распределение по поверхности, цвет, силу сцепления и другие характеристики.
Методы испытания на коррозию

Изменение характера распределения продуктов коррозии во времени можно зафиксировать последовательным фотографированием. Визуальные наблюдения обычно дополняют измерением глубины проникновения коррозии, для чего используют такие широко распространенные приборы, как штангенциркуль, индикаторную головку со специальным приспособлением для фиксации исходного положения иглы (рис. 5).
При необходимости могут быть проведены испытания на поверхностную коррозию и по нестандартной методике в условиях, характеризующих воздействия внешней среды на сплав и конструкцию. Например, такие испытания могут быть проведены в нестандартных средах с другим временем испытаний, характеризующим условия работы изделий. Ho во всех случаях оценка коррозионной стойкости исследуемого материала должна быть такой же, как и для стандартного метода (т. е. по скорости коррозии, глубине проникновения, количеству пораженной площади и по характеру коррозии).
Методы испытания на коррозию

Большое значение для характеристики поверхностной коррозии имеет скорость появления первых очагов коррозии, которая определяется временем от начала испытания до появления первых коррозионных точек. Это особенно имеет значение при испытании во влагокамере или в коррозионном домике, так как изменение механических свойств в этих условиях заметно проявляется через значительный промежуток времени.
Полученные результаты испытаний на коррозию большей частью имеют относительное значение. Нельзя, например, определив при лабораторных испытаниях потерю массы и из нее среднюю проницаемость за время непродолжительного опыта (предположим, недели), подсчитать проницаемость за значительно более длительный срок (например, за годы).
Как уже говорилось, проницаемость указывает на среднюю интенсивность, а истинное разрушение характеризуется состоянием наиболее сильно пострадавших участков. Кроме того, такая экстраполяция возможна только при прямолинейной зависимости между скоростью коррозии и временем, а, как уже указывалось, в огромном большинстве случаев скорость коррозии значительно изменяется со временем. Поэтому очень часто результаты испытания на коррозию (например, стойкость нескольких сплавов) относят к скорости коррозии одного из испытуемых образцов — более устойчивого или такого, устойчивость которого известна.
Чтобы легче было ориентироваться в результатах испытания, была предложена шкала коррозионной стойкости, приведенная в табл. 5.
Под скоростью коррозии металлов по десятибалльной шкале следует понимать степень проникновения коррозии в глубину металла во времени рассчитываемой по потере массы после удаления продуктов коррозии.
Оценка коррозионной стойкости металлов при скорости коррозии не менее 0,5 мм/год производится по группам стойкости, а при скорости коррозии менее 0,5 мм/год — по баллам.
Десятибалльной шкалой коррозионной стойкости нельзя пользоваться при наличии в металле межкристаллитной коррозии.
Этот вид коррозионного разрушения очень опасен, так как нельзя заметить начальные стадии поражения и предупредить дальнейшее его развитие. Опасность коррозии этого вида усиливается неправильно выбранной или не точно осуществленной технологией обработки сплава, особенно термической.
Для проведения испытания на наличие в сплаве межкристаллитной коррозии из детали или полуфабриката изготовляют образец. Его шлифуют, полируют и просматривают под микроскопом при увеличении в 200 раз. Если из детали нельзя вырезать образец, то на ее поверхности готовят шлиф и просматривают его под микроскопом при увеличении более чем в 50 раз.
Для предупреждения возможности возникновения в конструкциях межкристаллитной коррозии проводят испытания полуфабрикатов на склонность к этому виду коррозии. Шлиф поперечного сечения погружают в раствор 30 г/л NaCl+10 мл/л HCl (плотность 1,19) на 24 ч. После испытаний край образца срезают приблизительно на 5 MM и на обнаженном месте готовят шлиф. На нетравленном шлифе межкристаллитная коррозия просматривается в виде сетки по границам зерен (рис. 6). Замеряют ее глубину и характер распространения (локальный или на всю глубину металла).
Методы испытания на коррозию

Для оценки работоспособности материалов в конструкции недостаточно иметь сведения лишь об их общей коррозионной стойкости. Многие сплавы, обладая высокой сопротивляемостью общ,ей коррозии, склонны к коррозионному растрескиванию. В большей степени это явление присуще сплавам с повышенной прочностью.
Коррозионные разрушения под напряжением возникают обычно спонтанно, поэтому они очень опасны, так как неожиданны. Коррозия под напряжением — это вид хрупкого разрушения, возникающего при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений. В конструкции растягивающие напряжения могут быть либо приложенными извне, либо остаточными. Приложенные напряжения возникают при сборке, тугих посадках, завинчивании крепежа, в емкостях под давлением среды и т. п.; остаточные — в результате технологических операций (сварки, термической обработки).
Испытания на коррозию под напряжением подразделяют на две группы, в основном по способу создания напряжений в образце: испытания при постоянной деформации (рис. 7); испытания при постоянной нагрузке (рис. 8).
Методы испытания на коррозию

Испытания на этот вид коррозии позволяют провести сравнительную оценку поведения различных сплавов при коррозии под напряжением. Испытания ведут в 3%-ном NaCl переменным погружением на коррозионном колесе при скорости его вращения-одно в час. Раствор готовят на дистиллированной воде и меняют два раза в месяц. Образцы испытывают в течение трех месяцев (при работе колеса 15 ч в сутки) и осматривают на появление трещины один раз в сутки.
Оценкой коррозионной стойкости сплава является время до появления трещины с момента начала испытаний.
Методы испытания на коррозию
Методы испытания на коррозию

Образцы для испытания на склонность к коррозии под напряжением изготавливают в форме вилки, петли или кольца: наиболее распространена для испытания литейных алюминиевых сплавов (рис. 9, 10) форма кольца. В этих кольцах путем сближения фланцев можно создать требуемое напряжение.
Определение напряжений в опасном сечении кольца в зависимости от изменения зазора между фланцами можно производить по формуле
Методы испытания на коррозию

где E — модуль упругости сплава, равный - 7000 кгс/мм2.
Подставляя в эту формулу цифровые значения, получим следующие значения напряжения:
Методы испытания на коррозию

Образец-кольцо в напряженном состоянии подвешивают в специальной камере или на рамках в естественных условиях (рис. 11). Напряжение в кольце обычно создается менее предела текучести сплава. Испытания начинают с момента погружения образца в напряженном состоянии в коррозионную среду. По окончании испытания устанавливают время и характер распространения трещин, проводят металлографическое исследование трещины и сплава. Для более быстрого проведения сравнительных испытаний можно пользоваться средой, вызывающей ускоренные коррозионные разрушения.
Методы испытания на коррозию