Введение к работе
Актуальность работы. Эффективное развитие народного хозяйства определяет постоянный рост потребления металла. В связи с этим актуальной становится задача его рационального и целенаправленного использования.
Успешное применение тех или иных материалов в высоконапряженных элементах конструкции современных машин п оборудования невозможно без знаний условий их эксплуатации, механических и физико-химических свойств, рациональное сочетание которых позволяет решить многие технические задачи. Явления, происходящие при совместном воздействии на металлические конструкции силовых факторов и окружающей среды, изучаются научным направлением "Физико-химическая механика материалов", одним из важнейших разделов которого являеіся мехапохпмия металлов и других твердых тел. Мехапохпмия металлов исследует взаимосвязанные явления, протекающие при механических воздействиях на твердое тело или его отдельные части, участвующие в химических и электрохимических реакциях с активными н коррозиоино-активпымп средами.
Металлоконструкции, работающие в реальных условиях эксплуатации, испытывают как статические, так и периодически изменяющиеся нагрузки, сопровождающиеся одновременным воздействием на них активных сред. Частота колебаний переменных механических нагрузок может изменяться в широком диапазоне. В случае изменения частоты нагружепня от нескольких импульсов в минуту до единичных вариаций в сутки такое комбинированное воздействие может вызвать, в частности, специфическое разрушение металла в виде малоцпкловой коррозионной усталости (МКУ). Следует отменит., что этот вид разрушения, как правило, наблюдается в концентраторах напряжений физического и геометрического происхождений, где реализуется упру-гопластическое нагружение металла, могут сформироваться высокие остаточные напряжения, которые совместно с эксплуатационными вызывают его повышенную мехапохпмическую активность.
В этой связи большое значение для обеспечения долговечности н надежности металлоконструкций, работающих в различных отраслях промышленности, приобретает рациональный выбор конструкционных материалов. В ряде случаев одним из путей решения такой задачи может быть использование в качестве конструкционного материала высокопрочных чугуиов с шаровидным графитом (ЧШГ). Благодаря комплексу уникальных механических, технологических и эксплуатационных свойств ЧШГ представляются перспективными материалами для их использования в машиностроении, нефтехимии, трубопроводном транспорте нефти, газа, промысловых сред. Помимо традиционного использования в металлургической промышленности и машиностроении (станины станков, трубы, изложницы и т. п.), чугун все чаще используется для деталей, от которых требуется наряду с высокой конструкционной прочностью высокая стойкость при воздействии на них активных и коррозпонно-актнвпых сред, то есть высокая механохимическая стойкость. Экономическая целесообразность использования высокопрочных чугуиов обоснована их низкой себестоимостью, повышенной коррозионной стойкостью и уровнем фпзико-механпческнх свойств, близким к свойствам конструкционных сталей. Однако, сдерживающим фактором более широкого использования этого сплава является недостаточность сведений о его механо-химпческнх свойствах.
В качестве объекта исследования в диссертации использован ЧШГ на феррнпюй основе (ВЧ-45-10).
Цель диссертационной работы: исследование особенностей механо-химпческого поведения высокопрочных чугуиов с шаровидной формой графита с разработкой на этой основе метода неразрушающего контроля предельно допустимого напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, изготовленных из этго сплава.
Для реализации поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:
1 Исследование неоднородности фпзнко-механпческнх и связанных с ней электрохимических свойств структуры ЧШГ.
-
Изучение особенностей мехаиохимпческого повеления ЧШГ в условиях одноосного растяжения и сложного паиряжеппо-деформировапного состояния.
-
Исследование природы малоцпкловоіі и малоцпкловоіі коррозионной усталости ЧШГ.
-
Разработка неразрушающего метода контроля предельно допустимых механических напряжении в металлоконструкциях, изготовленных из ЧШГ.
Паучнап новизна.
1. Установлена незначительная неоднородное і ь электрохимических
свойств на границе раздела фаз "феррит - графит" в микроструктуре ЧШГ,
объясняющая их повышенную коррозионную и коррозионпо-ме.ханпческую
стойкость.
2. Получены зависимости изменения величин электродных потенциалов
и плотностей токов анодного растворения ЧШГ в широком диапазоне изме
нения приложенных механических напряжении при различных схемах на-
гружеиия.
3. Выявлены взаимосвязанные стадийные изменения механических
(микротвердость) и электрохимических (элекфолиые ноіепцпальї) свойств
ЧШГ в процессе малоцпкловоіі и малоцпкловоіі корро тонной усталости.
Показана корреляция изменений контролируемых парамеїров, свидетельст
вующая о механохпмпческоп природе разрушения ЧИН в условиях МКУ.
Установлена возможность образования мартенами деформации при мало
цпкловоіі усталости сплава.
Праісіичсекан пеппосп,.
І. Раїрабокшіїьііі меіод nepaipwiiaiomeio контроля предельно допусти-
мого (но пределу текучести сплава) напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, изготовленных из ЧШГ, будет использоваться в АНК "Башнефіь" при сооружении и эксплуатации трубопроводных систем, сформированных из труб, изготовленных из этого сплава.
2. Полученные в диссертации зависимости мехапохимического поведения ЧШГ используются в УТЫТУ при чтении курсов лекций по дисциплинам "Материаловедение", "Коррозпониостойкие материалы", "Теория химического сопротивления материалов" для специализации 17.05.06 - "Техника антикоррозионной защиты оборудования и сооружений", 17.05.01 - "Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов" и 17.05.03 - "Химическое машпносіроение и аипаратостроеипе", а также при дипломном проектировании студентов специализации 17.05.06.
Апробации работы. Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на: XXXXVI - ХХХХХ научно-технических конференциях аспиратов и молодых ученых УГ11ТУ, Уфа, 1995 - 1999 гг.; на международной научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", Уфа, 1998 г; па конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышленности", Москва, ГАНГ, 1995 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.
ОПьем ч структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы нч I 17 наименований и 2 приложений. Основной маїернал изложен на 105 страницах, включая 32 рисунка п 13 таблиц.
