Влияние питтингоподобных дефектов на развитие усталостных повреждений в элементах крановых металлоконструкций
Григорий Вячеславович СЕЛИВЕРСТОВ, канд. техн. наук, доцент
Павел Алексеевич СОРОКИН, докт. техн. наук, профессор
Валентина Сергеевна БАРНИКОВА, аспирант
Тульский государственный университет
Рассмотрено влияние питтинговой коррозии и питтингоподобных дефектов на напряженно-деформированное состояние металлоконструкций. Проведены испытания в условиях циклического растяжения модельных образцов с питингоподобными дефектами из материалов, характерных для крановых металлоконструкций.
Ключевые слова: грузоподъемный кран, питтинг, дефект, металлоконструкция, усталостное повреждение, коррозия, трещина.
Дефекты и повреждения металлических конструкций кранов являются следствием низкого качества металла (малоуглеродистая сталь); неудовлетворительного конструктивного решения, качества изготовления и монтажа отдельных элементов; воздействия окружающей среды; эксплуатации кранов в непредусмотренном режиме, плохом уходе и ремонте. Особо стоит выделить коррозионное повреждение, которое приводит к снижению несущей способности конструкции за счет уменьшения сечений ее элементов и развитию под воздействием напряжений от силовых нагрузок многочисленных усталостных трещин.
При этом современные модели определения усталостной повреждённое как правило учитывают влияние коррозии лишь с точки зрения уменьшения несущего сечения элемента. Однако коррозионному повреждению могут подвергаться только отдельные участки поверхности, на которых образуются глубокие поражения - питтинги (точечные язвы). Наблюдается питтинговая коррозия при воздействии на металл или сплав не только пассиваторов, приводящих поверхность в пассивное состояние (например, окислитель), но и ионов-активаторов (CI-, Br-, J-) [1]. Активно питтинговая (точечная) коррозия протекает в морской воде, смеси азотной и соляной кислот, растворах хлорного железа, других агрессивных средах.
В зависимости от продолжительности коррозии и других факторов глубина и поперечник питтинга могут изменяться от мкм до см. Микропиттинги имеют размер до 0,1 мм, питтинги от 0,1 до 1 мм, пятно, язва - более 1 мм. Линейная скорость углубления питтинга при стабилизировавшейся коррозии металла может достигать 0,1-1 мм/год. Питтинги могут нарушать функционирование самых различных изделий: от тонких мембран и проводников микросхем до толстостенных аппаратов, емкостей и труб. От них часто развиваются коррозионные трещины, что значительно повышает опасность такой коррозии.
Питтинг может быть закрытым, открытым и поверхностным [2]. Открытые питтинги хорошо видны на поверхности невооруженным глазом или под небольшим увеличением. Если их очень много, коррозия приобретает сплошной характер. В открытом питтинге дно поры выступает в качестве анода, а пассивная пленка - катода. Закрытые питтинги являются очень опасным видом коррозионного разрушения, поскольку установить их наличие можно лишь специальными приборами. Они развиваются вглубь металла или сплава. Закрытый питтинг может послужить причиной пробоя даже в нержавеющих сталях. Поверхностный питтинг развивается больше вширь, чем вглубь, образуя на поверхности металла или сплава выбоины.
В зависимости от условий формирования и развития (температура, кислотность, химический состав раствора) форма питтингов может быть различной [1]: полусферической, цилиндрической, полиэдрической и др. (рис. 1). На внутренней поверхностипиттингов сосуществуют области пассивного состояния и активного растворения. Для железа и никеля, например, в кислых растворах разность между потенциалами дна питтинга и пассивной поверхности образца может достигать 1 В.