На главную
На главную

ГОСТ 9.901.1-89* «Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание»

Стандарт устанавливает общие требования к выбору, использованию и обработке результатов различных методов испытаний на коррозионное растрескивание (КР).
Общие требования к испытаниям на КР используют при планировании и проведении испытаний с целью оценки чувствительности металлов к КР.

Обозначение: ГОСТ 9.901.1-89*
Название рус.: Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание
Статус: действующий
Дата актуализации текста: 01.10.2008
Дата добавления в базу: 01.02.2009
Дата введения в действие: 01.01.1991
Разработан: Министерство авиационной промышленности СССР
Утвержден: Госстандарт СССР (28.12.1989)
Опубликован: ИПК Издательство стандартов № 1999

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Единаясистема защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫИ СПЛАВЫ

Общие требования
к методам испытаний
на коррозионное растрескивание

ГОСТ9.901.1-89

МОСКВА
ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
1999

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ

Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Общие требования к методам испытаний на коррозионное растрескивание

Unified system of corrosion and ageing protection. Metals and alloys.

General requirements for corrosion cracking test methods

ГОСТ
9.901.1-89

(ИСО 7539-1-87)

Дата введения 01.01.91

Настоящийстандарт устанавливает общие требования к выбору, использованию и обработкерезультатов различных методов испытаний на коррозионное растрескивание (КР).

Общие требованияк испытаниям на КР используют при планировании и проведении испытаний с цельюоценки чувствительности металлов к КР.

Термины,применяемые в стандарте, и пояснения к ним приведены в приложении.

1. ВЫБОР МЕТОДА

1.1. При выбореметода типа «выдержал/разрушился» необходимо, чтобы метод не был настолько«жестким», чтобы это привело к отказу от использования материала, который вконкретных условиях эксплуатации оказался бы вполне пригодным, и не былнастолько «мягким», чтобы это способствовало использованию материала вусловиях, где могло бы произойти его быстрое разрушение.

1.2. Цельиспытания на КР состоит в более быстром получении результатов, чем это можетбыть в условиях эксплуатации. Как правило, это достигается за счет использованияболее высокого напряжения, медленной непрерывной деформации, примененияобразцов с предварительно нанесенными трещинами, более высокой концентрацииреагентов в испытательной среде по сравнению с эксплуатационной средой,повышенной температуры и электрохимической активации. Важно контролировать этиспособы так, чтобы механизм разрушения остался неизменным.

2. СИСТЕМЫ НАГРУЖЕНИЯ

2.1. Общиеположения

2.1.1. Методынагружения испытуемых образцов независимо от исходного состояния (гладкие,надрезанные или с предварительно нанесенными трещинами) группируют по следующимпризнакам:

постояннаядеформация;

постояннаянагрузка;

деформация смалой скоростью.

2.1.2. Прииспользовании образцов с предварительно нанесенными трещинами критериемстойкости материала к КР является пороговый коэффициент интенсивностинапряжений КIкр. Испытания допускаетсяпроводить при постоянном коэффициенте интенсивности напряжения.

2.2.Испытания при постоянной деформации

2.2.1. Этииспытания являются наиболее распространенной группой благодаря многочисленнымвидам испытаний на изгиб. Кроме того, они имитируют напряжения, возникающие приизготовлении изделия, с которыми наиболее часто связаны разрушения на стадииэксплуатации.

2.2.2. Листовойматериал часто испытывают на изгиб; плиты испытывают на растяжение или наС-образных кольцевых образцах.

2.2.3.Испытания на изгиб выгодно отличаются от других испытаний благодаряиспользованию простых, а следовательно, и более дешевых образцов и нагружающихприспособлений. Для измерения поверхностных напряжений в некоторых случаяхследует использовать проволочные тензометры.

2.2.4.Трубчатый материал испытывают на образцах С-образной формы, которые нагружаютчастичным сужением или расширением зазора. С-образный образец наиболеецелесообразно использовать при испытаниях толстостенных изделий, например, изалюминиевых сплавов в высотном направлении.

Примечание. При релаксации напряженийстепень релаксации может меняться от образца к образцу, и это может влиять навремя до разрушения в зависимости от числа развивающихся трещин или питтингов.Заметная релаксация нагрузки наблюдается на образце с многочисленными трещинамиили питтингами, малая - когда присутствует только одна или несколько трещин.Если развивается только одна трещина, она не обязательно должна достигнутьбольших размеров перед внезапным разрушением, поскольку приложенная нагрузкаостается высокой.

2.3. Испытанияпри постоянной нагрузке

2.3.1. Сущностьметода заключается в моделировании разрушения при КР от приложенных или рабочихпостоянных нагрузок. Поскольку эффективное поперечное сечение образцауменьшается по мере развития трещин, то напряжения увеличиваются, что скорееприводит к более быстрому разрушению или к полному разрушению, чем испытанияпри постоянной деформации.

2.3.2.Стоимость испытаний образцов при постоянной нагрузке на индивидуальных машинахуменьшают при проведении испытаний цепочки образцов на одной машине. Крометого, цепочки одноосных разрывных образцов в испытательной камере соединяют спомощью простых нагружающих соединений.

Примечание. В испытаниях при постоянной нагрузкепроисходит повышение напряжения по мере развития трещин, следовательно, маловероятно, что зародившиеся трещины перестанут распространяться, как это можетбыть при испытаниях при постоянной деформации при напряжениях ниже пороговых.Таким образом, пороговое напряжение, определенное при постоянной нагрузке,может быть ниже, чем при постоянной деформации.

2.4. Испытанияпри малой скорости деформации

2.4.1. Сущностьметода заключается в растяжении или изгибе образца с относительно медленнойскоростью, например, 10-6 с-1 при соответствующемвоздействии среды до тех пор, пока не произойдет разрушение.

2.4.2.Образование трещин при КР происходит обычно при деформации в диапазоне 10-3- 10-6 мм с-1, т.е. разрушение образцов обычных размеровв условиях лабораторных испытаний при постоянной деформации или нагрузкепроизойдет через несколько дней. Это справедливо для системы, в которойкоррозионные трещины при КР зарождаются быстро.

Примечание. Метод испытания при малой скоростидеформации, как правило, приводит к разрушению образцов в течениеприблизительно 2 суток в результате вязкого разрушения или коррозионногорастрескивания в зависимости от чувствительности металла к последнему. Преимуществоэтих испытаний состоит в том, что они протекают в определенном режиме в течениеотносительно короткого периода времени.

2.4.3.Оборудование для испытаний при малой скорости деформации должно допускать выборскорости деформации и обладать достаточной мощностью, чтобы обеспечитьтребуемые нагрузки. Устройство нагружения состоит из умеренно жесткой рамы иприводного механизма с рядом редукторов, который допускает выбор скоростейдвижения траверсы в диапазоне 10-3 - 10-7 мм с-1.

2.4. Одинаковаяскорость деформации не во всех системах позволяет получить идентичнуюхарактеристику коррозионного растрескивания, и скорость выбирают применительнок конкретно исследуемой системе.

3. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СРЕДА

3.1. Составраствора

3.1.1.Окружающая среда является одним из самых важных воздействующих факторов прииспытаниях на КР.

Следуетучитывать, что для ряда сплавов относительная чувствительность к КР в разныхрастворах не всегда одинакова.

Примечание. Стандартные растворы широко используют дляиспытаний определенных типов сплавов, например, кипящие растворы хлористогомагния используют для испытаний нержавеющих сталей, кипящие нитратные растворы- для испытаний углеродистых сталей.

Испытания врастворах проводят при условии, что их приготовляют и используют в соответствиис требованиями стандартов, при этом условии допускаемые погрешности не влияютна результаты испытаний на КР.

Примечание. Существуют испытания, где относительнонебольшие изменения состава испытательной среды могут вызвать измененияхарактеристик растрескивания, например, при использовании 42 %-ного кипящегораствора хлористого магния для испытания нержавеющих сталей. Так как гидратхлорида магния гигроскопичен, то приготовление раствора взвешиваниемрассчитанной навески соли может привести к значительным расхождениям у разныхисследователей в температуре кипения раствора, а отсюда - к расхождениям вовремени до разрушения при испытании на КР. Готовить указанный раствор следуетдобавляя воду в гидрат хлорида магния для достижения нужной температурыкипения.

3.1.3.Следует учитывать влияние изменения рН среды во время испытания на результатыиспытания, как и изменение начального значения рН. Изменение рН во времяиспытания будет зависеть от объема раствора и площади поверхности испытуемогообразца, а также от продолжительности испытания. Использование относительнобольшого объема раствора в сочетании с небольшой площадью металла,контактирующего с раствором, или обновление раствора в процессе испытанийпозволяет избежать значительного изменения рН.

Время доразрушения образцов в этом растворе будет отличаться от испытаний при небольшомобъеме раствора и большой площади образцов. Если объем раствора достаточно малили площадь образцов велика, в некоторых системах разрушение образцов может непроизойти. Когда испытания осуществляются при анодной поляризации, особенно припогружении дополнительного электрода непосредственно в коррозионную ячейку,влияние рН наиболее заметно.

Прииспользовании электрохимической поляризации возможно разложение раствора дотакой степени, что механизм разрушения будет значительно изменен по сравнению стем, который имел место при свободном потенциале коррозии. Для предотвращенияэтого используют буферные растворы, но их применение может изменить механизмрастрескивания или даже замедлить этот вид разрушения.

3.1.4. Есликислород играет важную роль в процессах, которые способствуют растрескиванию,то небольшие изменения его концентрации в растворе могут оказывать довольнозаметное влияние на образование трещин. Например, при испытании определенныхмарок алюминиевых сплавов в аэрированных растворах разрушение происходит втечение нескольких часов, а в неаэрированных не происходит.

Кислород,специально введенный или удаленный из раствора, служит определяющим факторомвозможных эффектов, возникающих от присутствия этого вещества. Насыщениекислородом раствора при перемешивании или распылении приводит к уменьшениювремени разрушения алюминиевых сплавов по сравнению с полным погружением.

3.1.5.Результаты испытаний, проведенных в одном из стандартных растворов, принимаютза относительную чувствительность к КР ряда сплавов независимо от составаэксплуатационных сред. При выборе материалов для промышленного оборудованиязаключение о стойкости к КР следует делать на основе данных испытаний, наиболееприближенных к эксплуатационным условиям.

3.1.6. Примоделировании эксплуатационных условий следует учитывать, что может иметь местолокальное увеличение концентрации раствора, например, в щелях или там, гдетеплопередача происходит через поверхности раздела, при этом причинойобразования трещин может быть среда другого состава. Другим примером являетсяпиттинг, предшествующий коррозионному растрескиванию, при котором среда,вызывающая растрескивание, возникает на стадии развития питтингов.

Следуетучитывать, что состав среды в вершине трещины может отличаться от основнойсреды, что наблюдается как у образцов с предварительно нанесенными трещинами,так и у плоских образцов с развивающимися трещинами.

3.2. Электрохимическоевоздействие

3.2.1. На электрохимическуюприроду реакций, связанных с КР, влияет приложение электрического тока илипотенциала от внешнего источника: смещение потенциала в анодную областьувеличивает чувствительность к растрескиванию, наложение катодного токазамедляет растрескивание или даже его останавливает в зависимости отособенностей механизма реакции. Например, если сплав восприимчив к КР врезультате воздействия водорода, эффект воздействия от изменения потенциаламожет быть противоположным указанному выше, исходящему из предположения, чторастрескивание происходит в результате растворения по активным путям.

Увеличение токаи контроль потенциала образцов для получения надежных данных проводят с цельюуменьшения времени до разрушения в лабораторных испытаниях или улучшения воспроизводимостирезультатов. При использовании гальваностатической техники влияние ее состоитне только в простом воздействии на кинетику растрескивания, посколькуприложение тока будет изменять и потенциал, а следовательно, способствоватьразличным эффектам. Испытания на КР с электрохимической поляризацией недопускается проводить без принятия мер по обеспечению стабильности механизмаразрушения и хорошей корреляции полученных данных с опытом эксплуатации.

3.2.2.Влияние потенциала на КР меняется от системы к системе, например, углеродистыестали разрушаются в различных диапазонах потенциала в зависимости от того, вкакую среду они погружены: в растворы гидроокисей карбонатов или нитратов.

Примечание. Свободный потенциал коррозиисталей в соответствующих растворах обычно лежит в пределах диапазонарастрескивания для нитратных растворов и вне этого диапазона для другихрастворов. В конкретных условиях испытания при разрушении в нитратных растворахпри свободном потенциале коррозии, оно может и не произойти в гидроокисных иликарбонатных растворах. Это не означает, что углеродистые стали никогда не будутразрушаться от КР в двух последних средах при свободном потенциале коррозии, аозначает, что данная сталь в конкретных растворах не разрушается при свободномпотенциале коррозии, который зависит от состава стали, состояния ее поверхностии состава среды.

3.2.3. Влабораторных испытаниях, моделирующих эксплуатационные разрушения, следуетточно воспроизводить воздействие внешних факторов и особенно точно соблюдатьсоответствующий потенциал.

В результатенезначительных добавок к среде, вводимых преднамеренно или присутствующих вкачестве примесей, коррозионный потенциал может располагаться в диапазонеобразования трещин, вызывая КР без наложения потенциала.

Примечание. Этим можно объяснить влияниенезначительных добавок свинцовых солей в растворы гидроокиси натрия,способствующие щелочному растрескиванию в лабораторных испытаниях, в то время,как при отсутствии добавок свинцовых солей растрескивания не происходит.Влияние незначительных изменений химического состава сталей может быть отчастиобъяснено аналогично. Тот факт, что небольшие добавки алюминия в углеродистойстали повышают ее сопротивление к КР, а присадка меди уменьшает этосопротивление, можно объяснить тем, что в первом случае достигается болееотрицательный, а во втором - более положительный потенциал коррозии ссоответствующим влиянием на предрасположенность к КР.

3.2.4. Еслиустановлено, что КР происходит только в пределах критического интервалапотенциалов, то можно измерением потенциала в реальных условиях определять,будет ли происходить растрескивание эксплуатирующего оборудования. В некоторыхслучаях опасность КР может быть уменьшена или полностью устранена поддержаниемпотенциала за пределами критического интервала введением ингибиторов либокатодной или анодной защитой.

3.2.5.Использование потенциостата в лабораторных испытаниях (который, как правило, неприменяют в условиях производства, так как он значительно повышает стоимостьиспытаний) - наиболее эффективный способ достижения данного потенциала иповышения стабильности результатов. Гальваностатические методы, оборудованиекоторых значительно дешевле методов, связанных с применением потенциостата,допускается использовать в отдельных случаях. При этом плотность приложенноготока должна быть относительно малой, чтобы потенциал не отличался значительноот свободного потенциала коррозии, если неизвестно, распространяются ли влиянияпотенциала по п. 3.2.2 на рассматриваемую систему.

Механическиеиспытания требуют проведения электрохимических исследований, но дляисследовательской работы, направленной на изучение КР в условиях эксплуатации,испытания при свободном потенциале коррозии (при условии, что он известен дляданных условий эксплуатации) более надежны.

Свободныйпотенциал коррозии зависит от ряда факторов (состояние поверхности, времяэкспонирования и т.д.), поэтому этот показатель в лабораторных испытаниях,использующих образцы с механически обработанными или полированнымиповерхностями, может существенно отличаться от показателей, полученных наобразцах в условиях эксплуатации, например, образцы, на поверхности которыхимеется заводская окалина или ржавчина.

Электрохимическийконтроль испытаний, моделирующих эксплуатационные разрушения с целью сокращениявремени испытаний или получения стабильной воспроизводимости, оправдан только втом случае, если будут соблюдены рассмотренные условия.

В другихслучаях для получения стабильной воспроизводимости лабораторных данных проводятправильно спланированную, статистически надежную серию экспериментов.

3.2.6. Так какпотенциал оказывает значительное влияние на характеристику КР, следует принятьмеры для изолирования испытуемых образцов от металлических деталейоборудования, которые погружены в испытательный раствор.

3.2.7.Потенциал в вершине трещины, особенно при использовании образцов спредварительно нанесенной трещиной, может отличаться от потенциала на поверхноститам, где появляется трещина и где обычно измеряют потенциал. Значенияпотенциала вдоль трещин могут быть весьма незначительными - несколькомилливольт - но в других случаях достигают сотен милливольт.

4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

4.1. Общиеположения

4.1.1. Размеробразца может ограничивать стоимость материала, наличие материала в требуемомметаллургическом состоянии, а также возможности испытательного оборудования(предельные нагрузки, объем испытательной камеры). Крупные образцы имеютпреимущество в том, что при испытании все требуемые характеристики материалаполучают с высокой точностью и исключаются проблемы, связанные с общей илиточечной коррозией, которые возникают при использовании образцов малогопоперечного сечения, например, очень тонкой проволоки.

4.1.2.Ориентация опытных образцов, взятых от основного материала, по отношению кформе и ориентации зерен и остаточные напряжения имеют большое значение, равнокак и наличие неметаллических включений и частиц второй фазы.

4.1.3. Внекоторых случаях программы испытания на КР составляют после разрушений вусловиях эксплуатации, и разрушенные детали используют в качестве опытногоматериала. Если требуется отобрать образцы из разрушенных изделий дляисследования развития микротрещин, их отбирают только из зон, свободных оттрещин.

Различия вструктуре металла, имеющиеся в исследуемом изделии, также должны учитыватьсяпри выборе материала для изготовления образцов.

4.1.4. Наиспытуемые образцы наносят идентификационные номера или их клеймят. Они должнырасполагаться как можно дальше от испытуемого участка образца, например, наконцах образцов типа изогнутого бруса, чтобы избежать влияния на результатыиспытаний.

4.2. Состояниеповерхности

4.2.1.Зарождение трещин КР всегда связано с инициированием реакций на поверхности,поэтому состояние поверхности определяется изменением ее шероховатости взависимости от особенностей выбранного метода обработки. На поверхности могутоставаться остаточные напряжения, и локальные изменения состава и структурымогут быть связаны с поверхностными слоями. В программе испытаний следуетучитывать эти факторы.

4.2.2. Чистотаповерхности, как правило, оказывает более заметное влияние на результатыиспытаний мягких, более пластичных материалов или образцов большого сечения.Так на КР латуней не оказывает заметного влияния значительное изменениешероховатости поверхности, тогда как шлифование, особенно если при немобразуются микротрещины, может резко снизить сопротивление высокопрочных сталейк КР. Влияние изменения шероховатости поверхности изменяется обратнопропорционально сечению образцов.

4.2.3.Остаточные напряжения возникают на поверхности как результат неоднороднойпластической деформации, например, обусловленной механической обработкой, иликосвенно, вследствие тепловых эффектов или изменений объема, связанных сфазовыми превращениями. Могут также возникать локальные изменения в составе.Остаточные напряжения на поверхности образцов, испытываемых на КР, влияют надлительность испытаний: сжимающие напряжения увеличивают, а растягивающие -уменьшают время до разрушения при других сравнимых условиях. Остаточныенапряжения устраняют или уменьшают соответствующей термической обработкой,проводимой таким образом, чтобы не повлиять на другие факторы, например, намеханические свойства.

4.2.4. Помиморазличных воздействий, объясняемых эффектами остаточных напряжений, структурныеизменения, возникающие в поверхностных слоях образцов, могут быть значительнымисами по себе в отношении влияния на КР некоторых сплавов. Влияние пластическойдеформации на сопротивление растрескиванию может быть довольно значительным,как и влияние локальных фазовых превращений под действием деформации или тепла,генерированного последней.

Например, времядо разрушения образцов сталей типа 18-8 с механически обработанной поверхностьюбудет меньше (примерно в 4 раза), чем для образцов с поверхностью, полученнойэлектрополированием; образцы высокопрочных, закаленных и отпущенных сталей,шлифованию которых способствует образование тонкого слоя неотпущенного мартенситана поверхности, обладают повышенной чувствительностью к КР.

4.2.5.Термическая обработка, проводимая на полностью изготовленных образцах, можетвызвать довольно значительные изменения состава поверхности, например,обезуглероживание сталей или обесцинкование латуней, которые вызывают резкоеизменение сопротивления КР. Пленки окислов, особенно если они образовались привысоких температурах во время термообработки или изготовления, могут влиять нарезультаты испытаний, в особенности тогда, когда время зарождения трещинсоставляет значительную часть времени до разрушения.

4.2.6. Если доокончательной подготовки поверхности образцов используют химические илиэлектрохимические методы обработки, следует принять меры, обеспечивающиеминимальное загрязнение поверхности. Для материалов, чувствительных кразрушению при наводороживании, не допускается использовать химические илиэлектрохимические методы обработки, при которых выделяется водород. При этихобработках иногда возникает избирательная коррозия определенных фаз, что можетвлиять на результаты испытаний.

4.3. Влияниеплощади образцов

Результатыиспытаний на КР зависят от площади испытуемых образцов, подвергаемой действиюсреды. Обычно влияние заключается в увеличении разброса результатов, и образец должениметь достаточные размеры, чтобы свести к минимуму этот эффект.

4.4. Испытаниеобразцов с предварительно нанесенной трещиной

4.4.1.Использование образцов с надрезами при испытаниях на КР дает стабильнуювоспроизводимость результатов благодаря легкости измерения таких параметров,как скорость роста трещин, когда положение трещины предварительно определено.При испытаниях гладких образцов в идентичных условиях растрескивания ненаблюдается. Исследования в области механики хрупкого разрушения привели кэволюции новой области испытания на КР на основе использования образцов,имеющих острую, предварительно нанесенную трещину, обычно получаемую от надрезапутем усталостного нагружения.

Примечание. Определение в процессе испытаний значенийкоэффициента интенсивности напряжений К1, которыйопределяет область напряжений вблизи вершины трещины, имеет большоепрактическое значение, особенно для материалов с высоким пределом текучести,поскольку изделия часто имеют трещины, появляющиеся в процессе их изготовленияили эксплуатации. По величине коэффициента интенсивности напряжений может бытьоценена вероятность и предельная степень распространения трещины, что позволитсделать выводы о возможности дальнейшей эксплуатации изделия.

4.4.2.Трудности при выборе гладких образцов для оценки сопротивления КР аналогичнытрудностям при выборе образцов с предварительно нанесенной трещиной из-забольшого количества типов таких образцов. Стойкость к КР образцов различныхразмеров и форм связывается через коэффициент интенсивности напряжения, чтопозволяет сопоставлять результаты испытаний.

Наибольшиетрудности связаны с необходимостью выбора образцов больших размеров извысокопластичных металлов. Эксплуатационные разрушения при КР наиболее частопроисходят в высокопластичных материалах в относительно тонких сечениях, чтоприводит к определенным проблемам при выборе образцов. Образцы с предварительнонанесенными трещинами, размеры которых не соответствуют требованиям линейногоупругого анализа, следует применять в тех случаях, когда результаты испытанийиспользуют для изделий таких же размеров и аналогичных условий эксплуатации.

4.4.3. Исходяиз линейной механики разрушения, можно найти примеры, где использованиеобразцов с предварительно нанесенными трещинами для моделирования условийэксплуатации оправдано той относительной легкостью, с которой зарождаютсятрещины при развитии коррозионного процесса, или преимуществами, которые могутбыть получены от распространения одной единственной трещины.

Примечание. Не всегда справедливы утверждения, чтоиспользование указанных образцов исключает начальную стадию развития трещин,так как они ошибочно связываются с влиянием коррозионного питтинга, приводящегок концентрации напряжения, соизмеримой с концентрацией напряжений в вершинепредварительно нанесенной трещины.

Размеры и формапиттинга, надреза или предварительно нанесенной трещины, распределениенапряжений при испытаниях важны при рассмотрении влияния электрохимическихфакторов. Это объясняется тем, что при нарушении непрерывности геометрическогоконтура создаются локализованные электрохимические условия в части составасреды или электродного потенциала, благодаря которым возможно распространениекоррозионных трещин.

Возражения,которые иногда выдвигались против использования образцов с предварительнонанесенными трещинами (например, в отношении правомерности выращиваниятранскристаллитной предварительной трещины в образце, который подвергаетсямежкристаллитному коррозионному растрескиванию, или в отношении необходимостипроведения дорогостоящих экспериментов для получения очень острых трещин, в товремя как воздействие коррозионной среды может притупить трещину растворением),не учитывают того, что такие острые несплошности существуют в реальныхматериалах. Одно из главных преимуществ испытания образцов с предварительнонанесенными трещинами в том, что оно позволяет получить данные, на основекоторых рассчитываются максимально допустимые размеры дефекта в конструкциях.Следует учитывать, что существует нижний предел размера дефектов и верхнийпредел приложенных напряжений, за пределами которых применение законов линейноймеханики разрушения неправомерно. В частности, результаты испытаний приразмерах дефектов ниже 0,1 мм или когда величина локального напряжениядостигает предела текучести, могут быть не очень надежными, как и расчетымаксимальных размеров допустимого дефекта.

4.4.4.Если используют образцы с предварительно нанесенными трещинами и в данныхразличных лабораторий имеются расхождения, то для определения КIкр применяют метод возрастающей нагрузки.

Примечание. При ступенчатом и прямом нагруженияхнаблюдалось хорошее согласование результатов испытаний, однако была отмеченатакже их зависимость от скорости ступенчатого нагружения.

4.4.5. Еслитрещина распространилась на определенное расстояние, то испытание на гладкомобразце становится неотличимым от испытания, в котором растрескиваниезарождается от предварительно полученной трещины, - по крайней мере, вотношении КIкр, хотя может наблюдатьсявлияние электрохимических факторов.

4.4.6. Привычислении перед проведением испытания длины исходной предварительно нанесеннойусталостной трещины учитывают, что трещина может иметь кривизну и максимальнаядлина трещины может быть больше измеренной на поверхности образца.

5. ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ

5.1. Ячейка, вкоторой помещается образец и среда для испытания на КР, представляет собойсосуд, изготовленный из стекла или другого химически инертного материала, неимеющего электрического взаимодействия с опытным образцом.

Примечание. Следует учитыватьвыщелачивающее воздействие на стекло концентрированных растворов гидроокисинатрия, а также менее очевидные реакции между материалом сосуда и испытательнойсредой. Так, в горячей высокочистой водной среде во время испытания выщелачиваетсядостаточное количество двуокиси кремния из стеклянной стандартной лабораторнойпосуды, которое может значительно повлиять на коррозионное поведение образцов,изготовленных из низколегированной стали.

5.2. Еслитрещина зарождается на поверхности, через которую происходит теплопередача,следует проектировать такую испытательную ячейку, которая учитывала бы этотэффект, так как местное увеличение концентрации веществ в растворе вблизиповерхности раздела может играть важную роль в стимулировании процесса растрескивания,особенно в тех случаях, когда за счет испарения на поверхности происходитосаждение растворенных веществ (растрескивание труб из нержавеющей стали подтеплоизоляцией, щелочное растрескивание клепаных паровых котлов изнизколегированной стали).

5.3. Припроектировании испытательных ячеек следует учитывать соотношение площадиобразцов и объема раствора, в который они погружены (п. 3.1.3).

6. ОСОБЕННОСТИ НАЧАЛА ИСПЫТАНИЙ

Началоиспытаний на коррозию под напряжением означает контакт среды с образцами, вкоторых созданы напряжения. Однако несоблюдение последовательности этапов можетповлиять на полученные результаты. Например, при коррозионных испытаниях ватмосфере на результаты влияет время года, когда начинается данное испытание, атакже ориентация образца, т.е. расположение растянутой поверхности образцов,при испытаниях на изгиб (горизонтально кверху или книзу, или под каким-тодругим углом). Но даже в лабораторных условиях на результаты может влиятьотношение времени приложения напряжения ко времени подведения среды, а такжевремя достижения температуры испытания или время до начала какого-либоэлектрохимического стимулирования. Следует учитывать также данные испытаний свозрастающей нагрузкой образцов с предварительно нанесенными трещинами,указанные в п. 4.4.4.

7. ОЦЕНКА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

7.1. Числостандартных методов испытания на КР и методов оценки полученных результатовувеличивается за последние годы. Поэтому выбор метода оценки зависит от рядафакторов, что не исключает в ряде случаев применения достаточно простой оценки.

7.2. Первыйметод оценки заключался в определении времени до разрушения (или отсутствияразрушения) образца. Следует учитывать ряд ограничений при его применении:влияние жесткости нагружающего устройства, вязкость разрушения материала,агрессивность среды, число образовавшихся трещин, толщину образца и другиефакторы, рассмотренные в п. 2.2.

7.3. Оценкасопротивления КР материалов по времени до разрушения при данном напряжении дажепри использовании стандартного оборудования не всегда оправдана. Пороговыйуровень напряжения или (для образцов с предварительно нанесенной трещиной)пороговый коэффициент интенсивности напряжений является более надежной основойдля сопоставления результатов.

Предпочтительнееиспытывать образцы в диапазоне уровней начального напряжения или начального коэффициентаинтенсивности напряжения, чем проводить большое количество повторных испытанийпри одном и том же уровне напряжения или коэффициента интенсивности напряжения.При использовании такого подхода можно ожидать различий в полученныхрезультатах в зависимости от типа испытания. Уровень порогового напряжения (илипорогового коэффициента интенсивности напряжения) в испытании при постояннойнагрузке имеет тенденцию к уменьшению в сравнении с уровнями в условияхпостоянной общей деформации.

Следует учитывать,что результаты зависят от испытательной среды, пороговое значение при испытаниив одном растворе отличается от порогового значения при испытаниях в другихрастворах.

7.4. Дляуменьшения числа испытуемых образцов при определении порогового напряжения используютсистему бинарного поиска. При этом первое испытание проводят при начальномнапряжении, равном половине предела прочности исследуемого материала,последующие испытания - при напряжениях, кратных другим долям пределапрочности, как показано на чертеже, в зависимости от того, будет или нетпроисходить разрушение образцов в предыдущем испытании.

7.5. Прииспытаниях в качестве критерия используют время до появления первой трещины.При осмотре образцов во время испытания следует соблюдать осторожность, чтобыизбежать загрязнения поверхностей. Некоторые растворы, используемые длявыявления трещин, содержат значительные количества вредных примесей, которыесами по себе могут вызывать КР. Следует принимать во внимание, что снятиеобразцов с испытания и последующая повторная постановка могут повлиять нарезультаты испытаний, поэтому следует иметь несколько образцов на одном уровненапряжения, чтобы исключить повторную постановку.

Методикабинарного поиска для определения порогового напряжения

Р - разрушился;

HP - неразрушился;

sв - временное сопротивление при растяжении

Часто образцыосматривают под микроскопом при малом увеличении. В таких случаях следуетиспользовать стандартное увеличение (например, 20´), поскольку выявлениетрещин зависит от разрешающей способности используемой системы.

7.6. Изопределения коррозии под напряжением видно, что оно включает объединенноедействие двух факторов; следовательно, индивидуальный эффект среды долженоцениваться отдельно для подтверждения того, что испытуемый образец разрушилсяот КР.

Программа работдолжна включать испытание ненапряженных образцов, которые исследуют послеокончания испытания различными методами с целью получения сравнительных данных.

7.7. Результатыиспытаний при малой скорости деформации оценивают, используя ряд параметров.Эффекты КР можно представить в виде кривой зависимости прогиба от нагрузки иличерез максимально достигнутую нагрузку или удлинение при разрушении. Этихарактеристики, а также относительное сужение используют для выражениячувствительности к КР. При оценке результатов сочетание нагрузки и пластичностиможет являться полезной основой для сравнения. Как и в других методахиспытания, время до разрушения является полезным параметром оценки, результатыобычно нормализуются делением их на время до разрушения в инертной среде приодинаковой скоростидеформации и температуре. Иногда для оценки чувствительности к КР исследуютвнешний вид поверхности излома. В качестве критерия используют процентноеотношение площади разрушения вследствие воздействия окружающей среды кпластическому разрушению.

7.8. Скоростьраспределения коррозионных трещин или пороговый коэффициент интенсивностинапряжения являются важной информацией, которая необходима конструктору.Использование образцов с предварительно нанесенными трещинами наиболее пригоднопри оценке (с некоторыми оговорками) скорости роста трещин. Распространениетрещин можно проследить различными способами: например, изменениемподатливости, с помощью рентгена, акустической эмиссии, измерения паденияпотенциала и т.д. Гладкие образцы используют для определения скорости развитиятрещин при прерывистом испытании, при котором по истечении различных интерваловвремени определяют трещины различной длины. Пороговые коэффициенты интенсивностинапряжения определяют на основании вышерассмотренных наблюдений или прииспытании при возрастающей нагрузке образцов с предварительно нанесеннымитрещинами.

7.9. Результатыиспытаний на КР следует обрабатывать методами математической статистики, еслиэто возможно.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рекомендуемое

ТЕРМИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТАНДАРТЕ, И ПОЯСНЕНИЯ К НИМ

1. Коррозионноерастрескивание (КР) - поражение металла, вызванное одновременнымвоздействием коррозионной среды и номинально статическим растягивающимнапряжением, в результате которого обычно образуются трещины. Этот процессчасто значительно снижает несущую способность металлических конструкций.

2. Пороговоенапряжение при КР (sкр) - напряжение, вышекоторого трещины от КР возникают и растут при определенных условиях испытания.

3. Пороговыйкоэффициент интенсивности напряжения при КР (КIкр)- коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации, характеризующийсопротивление материала росту трещины при коррозионном растрескивании (в данныхусловиях электролит, температура и т.п.), ниже которого рост трещиныотсутствует или скорость роста не превышает 0,0001 мм/ч.

4. Коэффициентинтенсивности напряжений (К1) - величина, характеризующаяинтенсивность напряжений вблизи вершины трещины в линейно упругой среде приотрывном типе деформации (поверхности трещины отходят друг от друга по нормали)в условиях трехосного напряженного состояния материала (при плоскойдеформации).

5. Испытательнаясреда - эксплуатационная или лабораторная среда, в которой экспонируетсяиспытуемый образец. Концентрация среды поддерживается постоянной или меняетсяустановленным образом. При КР состав среды часто является весьма специфичным.

6. Началоиспытания - время, когда приложено напряжение или образец помещен вкоррозионную среду, в зависимости от того, какая операция происходит позже.

7. Время допоявления трещины - период времени от начала испытания до момента, когдатрещина обнаруживается установленным способом.

8. Время доразрушения - период времени от начала испытания до разрушения; за критерийразрушения принимают время первого появления трещин, время полного разрушенияиспытуемого образца или время наступления согласованного промежуточногосостояния образца.

9. Испытаниепри малой скорости деформации - испытание при контролируемом растяжении илиизгибе испытуемого образца при начальной скорости деформации в диапазоне от 10-3до 10-7 с-1. Деформация увеличивается непрерывно илиступенчато, но не циклически.

10. Средняяскорость роста трещины - максимальная глубина трещины (трещин) вследствиекоррозионного растрескивания, деленная на время испытания.

11. Ориентация- направление продольной оси растягиваемого образца относительно некоторогоустановленного напряжения в полуфабрикате, из которого он приготовлен(например, направление прокатки в плите).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1.  РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством авиационной промышленности СССР

2.  УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственногокомитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 28.12.89 № 4192

3.  ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4.  Стандарт полностью соответствует международному стандарту ИСО7539-1-87

5.  ПЕРЕИЗДАНИЕ с Изменением № 1,утвержденным в октябре 1990 г. (ИУС 1-91)

СОДЕРЖАНИЕ

 

188
Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.