Класифікація видів корозійно-механічного руйнування матеріалів.

Знос може відбуватися одночасно з дією різних фізичних та хімічних процесів, що відбуваються під час експлуатації. Ці процеси можуть посилювати абразивне зношування, збільшуючи швидкість останнього.

До найбільш відомих процесів відносяться:

- корозія (в основному іржавіння у вологих умовах експлуатації або у присутності вологи);

- Високі робочі температури (ефект розуміцнення).

Корозією металів називається їх руйнація внаслідок хімічної чи електрохімічної взаємодії із зовнішнім середовищем. У широкому розумінні корозії піддаються не тільки метали, але і будь-які матеріали, будь то бетон, пластмаса, гума або кераміка. Корозія протікає в різних середовищах, але в основному, це газоподібні і рідинні (грунт, вода, навколишня атмосфера і т.д.).

Види корозії за умов перебігу:

- атмосферна корозія – найбільш поширений вид корозії, пов'язаний із руйнуванням металів в атмосфері повітря;

- газова - корозійне руйнування металу під впливом газів за високих температур;

- рідинна - вид корозії металу в рідкому середовищі, який поділяється на корозію в електролітах та неелектролітах;

- ґрунтова - корозія металу в ґрунтах та ґрунтах;

- біокорозія – вид корозії, пов'язаний із руйнуванням під впливом живих мікроорганізмів;

- структурна – пов'язана з неоднорідністю структури металів;

- корозія блукаючими струмами - вид електрохімічного руйнування під впливом блукаючих струмів;

- Зовнішнім струмом - електрохімічне руйнування металу під впливом струму від зовнішнього джерела;

- контактна корозія - виникає при контакті різнорідних металів (що мають різні стаціонарні потенціали в даномуелектроліті);

- щілинна корозія - явище підвищення швидкості корозійного руйнування у зазорах та щілинах у металі;

- корозія під напругою - руйнування металу при одночасному впливі агресивного середовища та механічних напруг;

- кавітація - руйнування металу при одночасному впливі ударного впливу зовнішнього середовища та корозійного процесу;

- фреттінг-корозія - вид корозії, що виникає при коливальних переміщеннях двох поверхонь щодо один одного в умовах корозійного середовища;

- корозія при терті (корозійна ерозія) - відбувається при одночасному впливі на метал тертя та корозійного середовища.

Причиною виникнення та перебігу процесів корозії є термодинамічна нестійкість матеріалів до певних компонентів, що знаходяться в їхньому середовищі. Результатом корозії є продукти корозії (наприклад іржа), зіпсоване обладнання, руйнування конструкцій. Розвитку корозійних процесів сприяють радіація, продукти життєдіяльності мікроорганізмів та бактерій. Сукупність впливу механічних напруг і довкілля багаторазово прискорює корозію металів - знижується їх термостійкість, ушкоджуються поверхневі оксидні плівки, а тих місцях, де з'являються неоднорідності і тріщини, активується електрохімічна корозія.

За механізмом перебігу процесу корозії вона буває двох видів: хімічна та електрохімічна.

p align="justify"> Електрохімічною корозією є процес руйнування металу при зіткненні його з рідинами, що проводять електричний струм (електролітами). Ця руйнація відбувається на межі між металом і рідиною і викликана електрохімічною реакцією, що виникає між ними, аналогічно явищу, що протікає вгальванічним елементом. Відбувається таке: метали (сплави) втрачають частину атомів (вони переходять в електролітичний розчин у вигляді іонів), електрони, що заміняють втрачені атоми, заряджають метал негативним зарядом, тоді як електроліт має позитивний заряд. Утворюється гальванічна пара: метал руйнується, поступово всі його частинки стають частиною розчину. Електрохімічну корозію можуть викликати блукаючи струми, що виникають при витіканні з електричного ланцюга частини струму у водні розчини або в ґрунт і звідти - у конструкції з металу. У тих місцях, де блукаючі струми виходять із металоконструкцій назад у воду або в ґрунт, відбувається руйнування металів. Особливо часто блукаючі струми виникають у місцях руху наземного електротранспорту (наприклад, трамваїв та залізничних локомотивів на електричній тязі).

Хімічною корозією називається процес руйнування металів без електричного струму, що відбувається серед сухих газів чи рідинах, які проводять електричний струм. Хімічній корозії схильні всі метали - і чорні, і кольорові. Активні кольорові метали (наприклад - алюміній) під впливом корозії покриваються оксидною плівкою, що перешкоджає глибокому окисленню та захищає метал. А такий малоактивний метал, як мідь, під впливом вологи повітря набуває зеленого нальоту - патині. Причому оксидна плівка захищає метал від корозії не у всіх випадках - тільки якщо кристалохімічна структура плівки, що утворилася, відповідно до будови металу, в іншому випадку - плівка нічим не допоможе. Хімічній корозії піддаються поверхні корпусних конструкцій при зіткненні з нафтопродуктами, що перевозяться, сіллю, вугіллям та іншими мінералами.

Види корозії характером руйнації:

- суцільна (загальнакорозія) - що охоплює всю поверхню металу, яка перебуває під впливом корозійного середовища;

- місцева - поширюється лише з деяких ділянках поверхні металу.

Суцільна корозія поділяється на: рівномірну, нерівномірну та вибіркову. Місцевий вид корозії буває: плямами, піттинговою, виразковою, наскрізною, ниткоподібною, міжкристалітною, підповерхневою, ножовою, корозійним розтріскуванням та корозійною крихкістю [4].

Малюнок 1.1 Види корозії: а - суцільна рівномірна; б - суцільна нерівномірна; в – структурно-виборча; г – плямами; д - виразками; е - точками (піттингова); ж - підповерхнева; з - міжкристалітна

Зношування металевих деталей зазвичай класифікується залежно від механізму винесення матеріалу з поверхні: абразивне зношування, тертя, втома і ерозія.

Абразивне зношування є неминучою проблемою експлуатації багатьох видів промислового обладнання: насоси, гуркіти, шнеки, жолоби, циклони та ін. втратою маси. При гідроабразивному зносі руйнування прискорюється як за рахунок вимивання продуктів руйнування рідиною, так і за рахунок додавання кавітації факторів і корозії. Абразивне зношування - це зношування, що викликається рухом твердих частинок під дією сили по поверхні твердого тіла. Абразивний знос є найпоширенішим і найшвидшим механізмом зносу, які у різних галузях промисловості. Це явище може розвиватися в будь-якому середовищі, в грунті, на повітрі, в рідині в присутності абразивних частинок, і в загальному випадку при завантаженні-розвантаженніпереробки сировинних матеріалів. Залежно від ступеня пошкодження поверхні, абразивне зношування розрізняють трьох типів - дряпаючий, що стирає і стирає з ударними навантаженнями.

Дряпає знос: цей вид також називають зносом при вільному ковзанні, і він є найменш важким, так як частинки абразиву не ламаються і не стискаються. Він відбувається під дією повторюваних подряпин твердими, гострими і дрібними частинками, що рухаються по твердій поверхні з різними швидкостями.

Стираючий знос: це один з найбільш важких видів абразивного зносу, він відбувається, коли дрібні абразивні частинки притискаються до поверхні металу з достатньою силою для руйнування і дроблення металу. В результаті утворюються свіжі гострі ріжучі кромки. Це призводить до збільшення швидкості зношування порівняно з округлими абразивними частинками.

Ударно-стирав знос. З зазначених трьох видів зносу цей механізм призводить до найбільш тяжких ушкоджень. Він відбувається в тому випадку, коли абразивне зношування поєднується з сильним впливом великих і важких тіл, які з силою тиснуть на тверду поверхню, залишаючи на ній помітні виїмки і вм'ятини.

Тертя: знос металу при терті металу, цей термін використовується для опису зносу в результаті ковзання двох металевих деталей без присутності абразивних частинок.

Втома: втомний знос викликається періодичними навантаженнями (поверхнева втома), механізмом зносу є підповерхневі мікротріщини.

Ерозія: ерозійний знос викликається ріжучою дією частинок, що рухаються, несомих потоком рідини або газу, який забирає фрагменти матеріалу з твердої поверхні. Ерозією називається руйнування поверхні металу, викликане корозійно-механічним впливом швидкорухомого середовища. За характером пошкоджень, що приносяться при цьому, і механізму процесу розрізняють такі види ерозії: кавітаційна, струминна і корозія при терті.

Кавітаційні руйнування, часто звані кавітаційною ерозією, виникають при швидкому русі рідини щодо металу внаслідок утворення та зникнення ("схлопування") бульбашок пари поблизу металевої поверхні. Такий вид ерозії схильні до гідравлічних турбін, гребних суднових гвинтів, високооборотних роторів насосів, охолоджуючих сорочок дизелів та інших механізмів, у яких мають місце великі швидкості потоків рідини, а також зміни тиску в цих потоках. Ушкодження поверхні металу схожі на виразкові. Явище кавітації можна пояснити так. Зі зниженням тиску до певної величини рідина (вода) починає кипіти при температурі навколишнього середовища; у ній з'являються пухирці пари, які миттєво схлопуються зі збільшенням тиску. Якщо перепади тиску будуть повторюватися дуже швидко (наприклад, у водяному насосі, що працює), бульбашки пари будуть так само швидко виникати і зникати, причому схлопування бульбашок породжує ударні хвилі з фронтальним тиском. Такий тиск може спричинити пластичну деформацію багатьох металів. Причиною виникнення кавітації можуть бути перешкоди по дорозі потоку рідини (звуження труби, гострі перегородки, щілини, нерівності поверхні, сторонні тіла - раковини, нарости, каміння тощо. буд.). У разі слід говорити про гидродинамической кавітації. Кавітація, що викликається контактом швидко вібрує поверхні металу з нерухомою або відносно повільно поточної рідиною (стінки циліндрів дизельних двигунів з водяним охолодженням), називається акустичною кавітацією.

Механічні та корозійніфактори в процесі кавітаційної ерозії можуть впливати по-різному залежно від умов. Зазвичай домінують перші. Швидкість утворення кавітаційних руйнувань залежить від швидкості потоку та складу середовища, від температури, корозійної стійкості металу та його схильності до пасивації, стану поверхні та міцнісних характеристик металу.

Струменева (гідроударна) ерозія - руйнування металу або сплаву під дією потоку рідини, що рухається в турбулентному режимі і містить бульбашки повітря. Такий вид ерозії є причиною передчасного руйнування багатьох елементів трубопроводів (колін, трійників, засувок), теплообмінників, циклонів, лопаток парових турбін і т. д. Ерозія зростає, якщо в рідині є завис твердих частинок. Струменева (гідроударна) ерозія руйнує багато металів і сплавів, які в нерухомому корозійному середовищі або при невеликій швидкості руху останньої успішно опираються корозії. Інтенсивність процесу, що визначається як спад маси металу з одиниці його поверхні в одиницю часу, зазвичай зростає зі зростанням швидкості потоку електроліту.

Порівняно з кавітаційним руйнуванням гідроударна ерозія протікає за значно більшого впливу корозійного фактора. Тому тут важливішим є склад і рН середовища, корозійна стійкість металу і т.д.

Потік, що ударяє в поверхню металу, руйнує в деяких її місцях захисну плівку (плівку продуктів корозії), оголюючи чистий метал. Контактируя із середовищем, незахищений метал корродує, утворюючи нову захисну плівку, яка, своєю чергою, видаляється під впливом потоку.

Корозія при терті - це руйнація, що йде по межі розділу між двома поверхнями, що контактують, одна з цих поверхонь (або обидві) - металева, і вонипереміщуються щодо один одного під навантаженням. Іноді переміщення поверхонь має коливальний характер (наприклад, вібрація) та порівняно невелике (частки міліметра). Руйнування помітно за зміною кольору поверхні металу та утворенням виразок, які часто стають зародками втомного розтріскування. На місці виникнення корозії при терті утворюються пухкі продукти окислення металів (окисли), що нерідко викликають заклинювання конструкцій. Зменшення металу веде до зменшення розмірів деталі, що перевищує допуск, і розбалтування елементів конструкції.

Корозія при терті - причина руйнування ресор, головок болтів і заклепок, поворотних шкворнів у кермових механізмах, підшипників годинників, контактів електродатчиків і деяких інших елементів машин, що піддаються вібрації. Характерним прикладом корозії при терті є постійне звуження стикових накладок у залізничних рейок, які доводиться періодично підтискати.

Корозія при терті часто протікає у атмосферних умовах під впливом кисню повітря. Вологість зменшує інтенсивність руйнування. Швидкість корозії зростає зі зниженням температури та зі зростанням контактного навантаження. Корозія при терті має хіміко-механічний характер. Контакт двох поверхонь відбувається в точках їхнього дотику по виступах шорсткості. Невелике переміщення однієї поверхні щодо іншої (під навантаженням) викликає стирання цих виступів; при оголенні чистий метал негайно покривається шаром адсорбованого кисню та окислюється. Подальше стирання призводить до руйнування плівки оксидів та нового оголення металу. Одночасно може відбуватися сколювання нерівностей з поверхні металу, їх відрив у вигляді дрібних частинок, які також незначно чи повністюокислюються.

---