Технические науки/1.Металлургия

Аспирант Григорьева А.О., к.т.н. Филиппов А.А., д.т.н. Пачурин Г.В.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Россия

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕТОДА ПОКРЫТИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ

Безопасная работа металлоизделий в значительной мере обуславливается структурой и свойствами применяемых материалов [1]. В процессе статического и усталостного разрушения все процессы структурной повреждаемости зарождаются и интенсифицируются в поверхностных слоях металла. Роль характера повреждаемости поверхности металла значительно возрастает при коррозии и коррозионной усталости [2].

Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств металлоизделий в промышленности используются различные виды объемных, и поверхностных технологических обработок [3,4]. С целью достижения требуемой коррозионной стойкости деталей при высоконагруженной эксплуатации на практике широко применяются различные защитные покрытия. Однако большая часть из них имеет существенные недостатки, проявляющиеся, например, в сложности выполнения технологического процесса, высокой пористости покрытия, низких механических свойств, что сужает область их применения [5].

Наиболее распространенными способами нанесения металлических покрытии являются [6]: гальваническое – электроосаждение из водных растворов электролитов; горячее покрытие - погружение в ванну с расплавленным металлом; металлизация – напыление; термодиффузионное – покрытие порошками при повышенной температуре в специальной камере; с помощью газофазной реакции; ионно-плазменным и т.д.

Гальваническим способ можно наносить покрытия толщиной от нескольких микрометров до миллиметров. Он позволяет получать сплавы, отличные по своим физико-химическим свойствам от сплавов, получаемых термическим способом, изменять структуру, физико-химические, механические и другие характеристики покрытий. При выборе покрытий учитываются основные свойства: коррозионная стойкость, защитные свойства, рассеивающая способность электролита, производительность (выход по току, плотность тока), наводороживание, влияние покрытия на механические свойства стали. На качество покрытий большое влияние оказывает подготовка поверхности покрываемой детали. Термовакуумное распыление позволяет осуществлять покрытия цинком, кадмием, алюминием, хромом, никелем и др. Для улучшений свойств поверхности деталей производится ее насыщение алюминием, бериллием, бором, ванадием, титаном, цинком, хромом и другими элементами. В результате покрытия поверхности хромом, алюминием и т.п. в поверхностных слоях деталей из углеродистых сталей возникают сжимающие напряжения, уменьшающиеся с ростом толщины карбидной и переходной зоны.

Одним из основных методов защиты от коррозии стальных изделий является цинкование [7], обеспечивающее электрохимическую защиту металла. При повышенных температурах работоспособность конструкции в значительной степени определяется поведением защитных покрытий при этих температурах, природой соединений между металлом покрытия и основным металлом, окислением покрытия и т.д. Известно использование никелевых и хромовых покрытий, стойких при повышенных температурах. Основным недостатком этих покрытий является снижение ими предела усталости стали, особенно при больших толщинах покрытий. В малых толщинах никель и хром, являясь катодным покрытием, не защищают сталь от коррозии.

Для повышения сопротивления углеродистых сталей газовой коррозии используется хромирование, которое технологически осуществить легче, чем другие виды покрытия. Диффузионное насыщение в зависимости от вида, метода и режима его осуществления по-разному влияет на прочность и пластичность сталей. Иногда изменение механических характеристик может достигать 30% и более. Диффузионное насыщение может: снижать прочностные и пластические свойства, повышать прочностные и снижать пластические характеристики, и наоборот снижать прочностные и повышать пластические характеристики.

Таким образом, одним из наиболее распространённых способов защиты черных металлов от атмосферной, почвенной и водной коррозии является цинкование. Однако отсутствуют систематические данные по влиянию структурного состояния покрытых цинком металлических материалов на их механические свойства, как при статическом, так и циклическим нагружении.

Литература:

1. Пачурин Г.В. Долговечность пластически деформированных коррозионно-стойких сталей // Вестник машиностроения. 2012. № 7. С. 65-68.

2. Пачурин Г.В. Влияние структуры поверхности деформированных материалов на механизмы коррозионно-усталостного разрушения / В сб.: Химия, биология, биотехнологии в современном мире: теория и практика. Материалы Междунар. науч. конф. и е-симпозиума, Россия, г. Москва, 26-30 июня 2013. С. 79-94. [Электронный ресурс] / под ред. проф. Г.В. Пачурина. Киров: МЦНИП, 2013. – 136 с. – ISBN 978-5-906223-32-6.

3. Пачурин Г.В. Cyclic durability die-metal // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013, № 2. (Мат. конф. «Образование и наука без границ», Мюнхен, 15-22 ноября 2013). http://www.rae.ru/upfs (дата: 20.11.13).

4. Пачурин Г.В. Эффект пластической обработки сталей и их сварных соединений // Коррозия: материалы и защита. 2003. №3. С.6-9.

5. Пачурин Г.В., Гуслякова Г.П. Влияние газофазного никелевого покрытия на механические свойства сталей // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 115-117.

6. Беленький М.В. Электроосаждение металлических покрытий - М.: Металлургия, 1985. 289 с.; ил.

7. Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С. Диффузионные цинковые покрытия. – М.: Металлургия, 1972. 248 с.