МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Общие требования
к методам испытаний
на коррозионное растрескивание

ГОСТ 9.901.1-89

МОСКВА
ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
1999

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 01.01.91

Настоящий 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.

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

1. ВЫБОР МЕТОДА

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

1.2. Цель испытания на КР состоит в более быстром получении результатов, чем это может быть в условиях эксплуатации. Как правило, это достигается за счет использования более высокого напряжения, медленной непрерывной деформации, применения образцов с предварительно нанесенными трещинами, более высокой концентрации реагентов в испытательной среде по сравнению с эксплуатационной средой, повышенной температуры и электрохимической активации. Важно контролировать эти способы так, чтобы механизм разрушения остался неизменным.

2. СИСТЕМЫ НАГРУЖЕНИЯ

2.1. Общие положения

2.1.1. Методы нагружения испытуемых образцов независимо от исходного состояния (гладкие, надрезанные или с предварительно нанесенными трещинами) группируют по следующим признакам:

постоянная деформация;

постоянная нагрузка;

деформация с малой скоростью.

2.1.2. При использовании образцов с предварительно нанесенными трещинами критерием стойкости материала к КР является пороговый коэффициент интенсивности напряжений К_Iкр. Испытания допускается проводить при постоянном коэффициенте интенсивности напряжения.

2.2. Испытания при постоянной деформации

2.2.1. Эти испытания являются наиболее распространенной группой благодаря многочисленным видам испытаний на изгиб. Кроме того, они имитируют напряжения, возникающие при изготовлении изделия, с которыми наиболее часто связаны разрушения на стадии эксплуатации.

2.2.2. Листовой материал часто испытывают на изгиб; плиты испытывают на растяжение или на С-образных кольцевых образцах.

2.2.3. Испытания на изгиб выгодно отличаются от других испытаний благодаря использованию простых, а следовательно, и более дешевых образцов и нагружающих приспособлений. Для измерения поверхностных напряжений в некоторых случаях следует использовать проволочные тензометры.

2.2.4. Трубчатый материал испытывают на образцах С-образной формы, которые нагружают частичным сужением или расширением зазора. С-образный образец наиболее целесообразно использовать при испытаниях толстостенных изделий, например, из алюминиевых сплавов в высотном направлении.

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

2.3. Испытания при постоянной нагрузке

2.3.1. Сущность метода заключается в моделировании разрушения при КР от приложенных или рабочих постоянных нагрузок. Поскольку эффективное поперечное сечение образца уменьшается по мере развития трещин, то напряжения увеличиваются, что скорее приводит к более быстрому разрушению или к полному разрушению, чем испытания при постоянной деформации.

2.3.2. Стоимость испытаний образцов при постоянной нагрузке на индивидуальных машинах уменьшают при проведении испытаний цепочки образцов на одной машине. Кроме того, цепочки одноосных разрывных образцов в испытательной камере соединяют с помощью простых нагружающих соединений.

Примечание. В испытаниях при постоянной нагрузке происходит повышение напряжения по мере развития трещин, следовательно, мало вероятно, что зародившиеся трещины перестанут распространяться, как это может быть 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. Испытания при малой скорости деформации

2.4.1. Сущность метода заключается в растяжении или изгибе образца с относительно медленной скоростью, например, 10^-6 с^-1 при соответствующем воздействии 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 размеров в условиях лабораторных испытаний при постоянной деформации или нагрузке произойдет через несколько дней. Это справедливо для системы, в которой коррозионные трещины при КР зарождаются быстро.

Примечание. Метод испытания при малой скорости деформации, как правило, приводит к разрушению образцов в течение приблизительно 2 суток в результате вязкого разрушения или коррозионного растрескивания в зависимости от чувствительности металла к последнему. Преимущество этих испытаний состоит в том, что они протекают в определенном режиме в течение относительно короткого периода времени.

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

2.4. Одинаковая скорость деформации не во всех системах позволяет получить идентичную характеристику коррозионного растрескивания, и скорость выбирают применительно к конкретно исследуемой системе.

3. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СРЕДА

3.1. Состав раствора

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

Следует учитывать, что для ряда сплавов относительная чувствительность к КР в разных растворах не всегда одинакова.

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

Испытания в растворах проводят при условии, что их приготовляют и используют в соответствии с требованиями стандартов, при этом условии допускаемые погрешности не влияют на результаты испытаний на КР.

Примечание. Существуют испытания, где относительно небольшие изменения состава испытательной среды могут вызвать изменения характеристик растрескивания, например, при использовании 42 %-ного кипящего раствора хлористого магния для испытания нержавеющих сталей. Так как гидрат хлорида магния гигроскопичен, то приготовление раствора взвешиванием рассчитанной навески соли может привести к значительным расхождениям у разных исследователей в температуре кипения раствора, а отсюда - к расхождениям во времени до разрушения при испытании на КР. Готовить указанный раствор следует добавляя воду в гидрат хлорида магния для достижения нужной температуры кипения.

3.1.3. Следует учитывать влияние изменения рН среды во время испытания на результаты испытания, как и изменение начального значения рН. Изменение рН во время испытания будет зависеть от объема раствора и площади поверхности испытуемого образца, а также от продолжительности испытания. Использование относительно большого объема раствора в сочетании с небольшой площадью металла, контактирующего с раствором, или обновление раствора в процессе испытаний позволяет избежать значительного изменения рН.

Время до разрушения образцов в этом растворе будет отличаться от испытаний при небольшом объеме раствора и большой площади образцов. Если объем раствора достаточно мал или площадь образцов велика, в некоторых системах разрушение образцов может не произойти. Когда испытания осуществляются при анодной поляризации, особенно при погружении дополнительного электрода непосредственно в коррозионную ячейку, влияние рН наиболее заметно.

При использовании электрохимической поляризации возможно разложение раствора до такой степени, что механизм разрушения будет значительно изменен по сравнению с тем, который имел место при свободном потенциале коррозии. Для предотвращения этого используют буферные растворы, но их применение может изменить механизм растрескивания или даже замедлить этот вид разрушения.

3.1.4. Если кислород играет важную роль в процессах, которые способствуют растрескиванию, то небольшие изменения его концентрации в растворе могут оказывать довольно заметное влияние на образование трещин. Например, при испытании определенных марок алюминиевых сплавов в аэрированных растворах разрушение происходит в течение нескольких часов, а в неаэрированных не происходит.

Кислород, специально введенный или удаленный из раствора, служит определяющим фактором возможных эффектов, возникающих от присутствия этого вещества. Насыщение кислородом раствора при перемешивании или распылении приводит к уменьшению времени разрушения алюминиевых сплавов по сравнению с полным погружением.

3.1.5. Результаты испытаний, проведенных в одном из стандартных растворов, принимают за относительную чувствительность к КР ряда сплавов независимо от состава эксплуатационных сред. При выборе материалов для промышленного оборудования заключение о стойкости к КР следует делать на основе данных испытаний, наиболее приближенных к эксплуатационным условиям.

3.1.6. При моделировании эксплуатационных условий следует учитывать, что может иметь место локальное увеличение концентрации раствора, например, в щелях или там, где теплопередача происходит через поверхности раздела, при этом причиной образования трещин может быть среда другого состава. Другим примером является питтинг, предшествующий коррозионному растрескиванию, при котором среда, вызывающая растрескивание, возникает на стадии развития питтингов.

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

3.2. Электрохимическое воздействие

3.2.1. На электрохимическую природу реакций, связанных с КР, влияет приложение электрического тока или потенциала от внешнего источника: смещение потенциала в анодную область увеличивает чувствительность к растрескиванию, наложение катодного тока замедляет растрескивание или даже его останавливает в зависимости от особенностей механизма реакции. Например, если сплав восприимчив к КР в результате воздействия водорода, эффект воздействия от изменения потенциала может быть противоположным указанному выше, исходящему из предположения, что растрескивание происходит в результате растворения по активным путям.

Увеличение тока и контроль потенциала образцов для получения надежных данных проводят с целью уменьшения времени до разрушения в лабораторных испытаниях или улучшения воспроизводимости результатов. При использовании гальваностатической техники влияние ее состоит не только в простом воздействии на кинетику растрескивания, поскольку приложение тока будет изменять и потенциал, а следовательно, способствовать различным эффектам. Испытания на КР с электрохимической поляризацией не допускается проводить без принятия мер по обеспечению стабильности механизма разрушения и хорошей корреляции полученных данных с опытом эксплуатации.

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

Примечание. Свободный потенциал коррозии сталей в соответствующих растворах обычно лежит в пределах диапазона растрескивания для нитратных растворов и вне этого диапазона для других растворов. В конкретных условиях испытания при разрушении в нитратных растворах при свободном потенциале коррозии, оно может и не произойти в гидроокисных или карбонатных растворах. Это не означает, что углеродистые стали никогда не будут разрушаться от КР в двух последних средах при свободном потенциале коррозии, а означает, что данная сталь в конкретных растворах не разрушается при свободном потенциале коррозии, который зависит от состава стали, состояния ее поверхности и состава среды.

3.2.3. В лабораторных испытаниях, моделирующих эксплуатационные разрушения, следует точно воспроизводить воздействие внешних факторов и особенно точно соблюдать соответствующий потенциал.

В результате незначительных добавок к среде, вводимых преднамеренно или присутствующих в качестве примесей, коррозионный потенциал может располагаться в диапазоне образования трещин, вызывая КР без наложения потенциала.