Korozja naprężeniowa PDF

Preview

Summary

Sprawozdanie z laboratorium....

Description

Grupa 3.3

Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Materiałowej Laboratorium Korozja Temat: Korozja naprężeniowa.

1.

Wstęp.

Korozja naprężeniowa jest przykładem korozji lokalnej definiowana jako międzykrystaliczne, lub transkrystaliczne pękanie metali w środowisku korozyjnym pod wpływem naprężeń (wewnętrznych, lub zewnętrznych). Przyczyną pękania korozyjnego pod działaniem naprężenia jest powstawanie dużego odkształcenia plastycznego w wierzchołku szczeliny. Wtedy też, ciągła warstewka tlenkowa zostaje przerwana, a środowisko korozyjne zaczyna reagować z odsłoniętym metalem w rozwarciu szczeliny. Roztwór korozyjny w szczelinie zwiększa stopień agresywności poprzez zmianę pH. Rozpuszczanie anodowe cząstek metalu powoduje rozrost mikropęknięć, aż do momentu przekroczenia długości krytycznej co skutkuje niekontrolowanym pękaniem oraz powoduje lokalne odtlenienie środowiska wewnątrz szczeliny, co pogarsza właściwości pasywacyjne metalu. Rozróżniamy trzy etapy korozji: 1. W pierwszym etapie dochodzi do zainicjowania i rozwoju pęknięcia (aż do momentu, gdy osiągnie ono długość krytyczną). Z powodu naprężeń, dyslokacje krawędziowe przesuwając się wzdłuż aktywnych płaszczyzn poślizg tworzą stopnie poślizgu. 2. W drugim etapie pęknięcia rozprzestrzeniają się międzykrystalicznie (wzdłuż granic ziaren) albo transkrystalicznie (przez ziarna). 3. W trzecim etapie pęknięcie powstaje w wyniku przekroczenia wytrzymałości materiału σR. W tym etapie szybkość pękania jest bardzo duża.

Skłonność  do korozji naprężeniowej wykazują  stale niskowęglowe, stale austenityczne, niektóre stale i stopy wysokowytrzymałe, stopy metali nieżelaznych. Jest to jedna z najczęściej spotykanych rodzajów korozji z uwagi na to, że praktycznie każda konstrukcja poddawana jest naprężeniom. Warto nadmienić, że korozja naprężeniowa zachodzi nawet przy bardzo niskich stężeniach substancji, które ją powodują (związki te są różne dla różnych materiałów). 2.

Metodyka badań. Badanie przeprowadzona na próbce z M70 (CuZn30).

Skład chemiczny (procentowy): Cu 69- 71

Pb max. 0,05

Al max. 0,02

Fe max. 0,05

Ni max. 0,3

Sn max. 0,1

Zn reszta

Zastosowanie: mosiądz CuZn30 charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję, jednakże w środowisku kwaśnym może nastąpić odcynkowanie. Jest stosowany w głównej mierze do produkcji w procesach obróbki plastycznej. Wykonuje się z niego: rdzenie chłodnic i zbiorników, lampy, misy, tace, elementy galanterii metalowej, podzespołu dla energetyki i elektroniki, elementy głęboko tłoczne. Próba odbyła się w środowisku amoniakalnym w celu wykrycia czy naprężenia własne lub przyłożone są w stanie zainicjować pękanie. Jest to stosunkowo łatwa metoda, w której agresywność

może być regulowana zmianą pH roztworu wytwarzającego atmosferę amoniakalną. Odpowiednio przygotowane próbki należy utrzymywać w tej atmosferze w stanie naprężenia przez 24h. W próbie stosuje się próbki, pobrane z wyrobów przerobionych plastycznie, których wymiary wynoszą 150 mm przy 75 mm przekroju poprzecznego. W celu uzyskania odpowiedniej atmosfery należy zastosować chlorek amonu - jest to roztwór 4 mol/l, który uzyskujemy poprzez rozpuszczenie 0.1 g NH 4Cl w wodzie, który uzupełniamy do 500 ml objętości wodorotlenek sodu - roztwór od 30% do 50 % służący do regulacji pH czysty rozpuszczalnik organiczny, którym może być trójchloroetylen lub gorący roztwór alkaliczny - służy do odtłuszczania próbek kwas siarkowy (VI) o stężeniu 5% do oczyszczania próbek nadtlenek wodoru, roztwór 30% jako dodatek do roztworu trawiącego Należy powoli dolać roztwór wodorotlenku sodu do roztworu chlorku amonu tak by otrzymane pH wynosiło 9,5 pH z tolerancją ±0,05 pH. Tak otrzymany roztwór należy rozcieńczyć wodą do objętości 1000 ml i utrzymywać w temperaturze pokojowej. W celu sprawdzenia czy pH jest odpowiednie możemy posłużyć się pehametrem i jeżeli jest to konieczne, należy przed próbą skorygować do odpowiedniej wartości. W celu oczyszczenia próbki stosuje się kwas siarkowy (VI). Ważne jest by przed badaniem i po badania był to roztwór 5%. Jeżeli jest to konieczne można dodać od 30 do 50 ml nadtlenku wodoru. Po przeprowadzonej próbie należy obejrzeć próbki w 10 -krotnym lub 15-krotnym powiększeniu w celu wykrycia i zidentyfikowania powstałych na skutek korozji naprężeniowej pęknięć. 3.

Przebieg ćwiczenia.

-

Odtłuszczenie próbki w acetonie. Oczyszczenie próbki roztworem trawiącym (5% H2SO 4) Płukanie próbki pod bieżącą wodą. Osuszenie próbki Umieszczenie próbki w eksykatorze z roztworem amoniakalnym. Po upływie określonego czasu wyjęcie próbki i umieszczenie jej w roztworze trawiącym Płukanie i suszenie próbki. Obserwacje mikroskopowe.

4.

Wyniki

Opis próbki przed próbą amoniakalną. - Wymiary: (121,2 x 10,4 x 1) mm - Waga: 10,571g - Wygląd powierzchni: Na powierzchni próbki widoczna jest jedna podłużna rysa obejmująca całą szerokość próbki, nie zaobserwowano żadnych pęknięć. Próba amoniakalna rozpoczęła się 21 października 2016r. o godzinie 18, zakończyła się zaś 24 października 2016r. o godzinie 14. Roztwór charakteryzował się pH równym 9,65. Opis próbki po próbie amoniakalnej: - Brak zmian wymiarowych. - Waga: 10,563g - wystąpił ubytek masy. - Wygląd powierzchni: Na powierzchni próbki widoczne są niemal równoległe pęknięcia. Pojawiły się również obszary o charakterystycznej barwie świadczącej o odcynkowaniu materiału. Po dogięciu próbki powstały nowe pęknięcia, a pozostałe uległy rozwarciu. Próbka uległa korozji naprężeniowej. Obliczanie szybkości korozji. Δm = 0,008g t = 2,83 doby A = 2784,16x10-6 m2 ρ = 8,55g/cm 3 𝑉𝑐 =

∆𝑚 0,008𝑔 𝑔 = = 1,0153 2 𝐴 ∗ 𝑡 2784,16 ∗ 10−6 𝑚2 ∗ 2,83𝑑𝑜𝑏𝑦 𝑚 ∗ 𝑑𝑜𝑏𝑎 𝑔 𝑚𝑚 𝑉𝑐 ∗ 365 1,0153 𝑚2∗𝑑𝑜𝑏𝑎 ∗ 365 𝑉𝑝 = = 0,0433 = 𝑔 𝑟𝑜𝑘 𝜌 ∗ 1000 8,55 3 ∗ 1000 𝑐𝑚

Otrzymana szybkość korozji jest niewielka, gdyż procesy korozyjne zachodzą w bardzo małej objętości próbki

5.

Wnioski.

Badana próbka uległa korozji naprężeniowej oraz selektywnej. Korozja naprężeniowa została spowodowana równorzędnym działaniem środowiska agresywnego oraz działaniem naprężeń ściskających – powstanie pęknięć poprzecznych do kierunku działających naprężeń. Obserwowaliśmy zjawisko korozji selektywnej, gdyż cynk jako metal mniej szlachetny niż miedź, ulegał rozpuszczaniu, podczas gdy miedź pozostała nienaruszona – zjawisko odcynkowania.

Zaobserwowany ubytek masy jest spowodowany zajściem reakcji chemicznej, w której produkty zostały rozpuszczone w trakcie trawienia odczynnikiem. Za pomocą wyznaczonych szybkości korozji nie mogliśmy ocenić stopnia odporności korozyjnej badanej próbki, gdyż wielkości Vc i Vp dotyczą korozji równomiernej, a nie zniszczeń lokalnych - w postaci pęknięć. Nie jest to więc właściwy sposób oceny odporności na korozję naprężeniową. Przykładowe metody zapobiegania korozji naprężeniowej to obniżenie naprężeń poniżej wartości krytycznej dla danego materiału, stosowanie inhibitorów korozji, stosowanie ochrony katodowej oraz duża gęstość powierzchni co powoduje zapobieganie powstaniu szczelin krytycznych....