Эксплуатационные дефекты. Часть 2. Коррозия металлов

Коррозия металлов – это физико-химическое взаимодействие металла и среды, приводящее к ухудшению эксплуатационных свойств материала, среды или технической системы.

         Коррозионные процессы классифицируют:

         - по механизму реакции взаимодействия металла со средой;

         - по типу коррозионной среды;

         - по виду коррозионных разрушений на поверхности или в объеме металла;

         - по характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.

         Механизм коррозии металла определяется типом агрессивной среды. В сухих окислительных газах при повышенных температурах на поверхности большинства конструкционных металлов образуется слой твердых продуктов коррозии (окалина). Скорость такой коррозии лимитируется диффузией ионов окалины к границе слой-газ или окислителя к границе слой-металл.

         Иной механизм имеет очень распространенная коррозия металлов в электролитических средах. В этом случае атом металла и частица окислителя непосредственно не контактируют и процесс включает две реакции: анодное растворение металла и катодное восстановление окислителя. По типу коррозионной среды выделяют коррозию в природных средах: атмосферную, морскую, подземную, биологическую.

         Коррозия, захватившая всю поверхность металла – сплошная. Она делится на равномерную и неравномерную, в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной (локальной) коррозии поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную часть поверхности. В реальных условиях опасность локальных коррозионных разрушений чаще всего выше опасности равномерной коррозии.

Различные виды локального коррозионного воздействия вследствие образования микрогальваноэлементов (схема):

а – контактная (К) и щелевая (Щ); б – обесцинкование, обезникеливание, обезалюминивание; в – точечная; г – избирательная; д – распад по границам зерен; е – губчатая коррозия в чугуне. 1 – участок благородного металла; 2 – участок неблагородного металла; 3 – кристаллы чистой меди; 4, 6 – покровный слой; 5 – медный слой; 7 – металл; 8 – благородная фаза; 9 – неблагородная фаза; 10 – основной металл; 11 – выделения по границам зерен (карбиды); 12 – феррит; 13 – графит.

         В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки(питтинги). Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии, распространяющейся в стороны под очень тонким слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Наиболее опасные виды коррозии – межкристаллитная, которая, не разрушая зерен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зерна. Почти не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

Коррозионные пятна

Язвенная коррозия

Точечная коррозия

Питтинги возникают главным образом в защитном слое (нанесенном или образовавшемся естественным образом) по местам различных дефектов (трещин от внутренних напряжений, пор, микровключений, выхода на поверхность границ зерен, дисклокаций). В зависимости от продолжительности питтинговой коррозии и других факторов глубина и поперечник питтинга могут изменяться от мкм до см. Питтинги могут нарушать функционирование самых различных изделий – от тонких мембран и проводников микросхем до толстостенных аппаратов, емкостей, труб. Среди причин коррозионных повреждений химического и энергетического оборудования доля питтинговой коррозии составляет от 15 % до 50 %. От питтингов часто развиваются коррозионные трещины.

         Скорость коррозионно-механического разрушения характеризуется качественными и количественными показателями. Качественные:

         - изменение внешнего вида поверхности металла;

         - изменение микроструктуры и др.

         Количественные:

         - время до появления первого коррозионного очага;

         - число коррозионных очагов за определенный промежуток времени;

         - уменьшение толщины металла, отнесенное к единице времени и др.

         Коррозионному воздействию особенно подвержены холоднодеформированные области изделий, поэтому необходимо вернуть холоднодеформированный материал в исходное состояние с помощью термообработки, следя при том за протеканием рекристаллизации. 

Коррозионное растрескивание

         Одним из главных видов коррозионного воздействия является коррозионное растрескивание. Оно происходит при одновременном воздействии статических растягивающих напряжений (внешних и внутренних) и коррозионной среды. Подобно хрупкому разрушению, происходит практически без пластической деформации макрообъемов металла. Непременным условием такой коррозии является локализация процесса на наиболее напряженных местах поверхности. Это могут быть трещины в защитных покрытиях, границы зерен, выходы дислокации. В зависимости от особенностей структуры металла и состава коррозионной среды коррозионное разветвление может быть меж- или транскристаллитным. В общем процессе развития коррозионной трещины (сильно разветвленной) различают инкубационный период (до появления зародышевой трещины), периоды развития трещины и хрупкого разрушения.

         Следует различать коррозионное растрескивание под напряжением, требующее растягивающего напряжения, и межкристаллитную коррозию, которая происходит и в отсутствие напряжения.