розділ 2.4) з неперервною реєстрацією двохкоординатним самописцем XY-4103.
Для вимірювання розмірів тріщиноподібних дефектів використовувалось два методи. Фіксація процесів зародження та розвитку поверхневих корозійно-втомних тріщин здійснювалось за допомогою методу пластичних реплік [68, 92], процедура якого описана в підрозділі 2.4. Після утворення макротріщини і її виходу на бокові поверхні випробовуваного зразка, вимірювання глибини тріщини здійснювалось оптичним методом за допомогою катетометра B-630.
Описане вище дослідне обладнання становило основу для реалізації запланованої програми експериментальних випробувань. Окрім цього в процесі виконання даної роботи було використано стандартне лабораторне устаткування (розривна машина, твердомір, дистилятор та інше).
2.4. Методика фізико-хімічного дослідження процесу поверхневого тріщиноутворення на циклічно-деформованих металевих поверхнях
Зміну фізико-хімічного стану металевої поверхні в процесі циклічного деформування в корозійному середовищі визначали при заданій (постійній) амплітуді циклічних напружень та постійному значенні електродного потенціалу поверхні . При цьому задане значення електродного потенціалу відповідало області анодного розчинення досліджуваного матеріалу. Базовим параметром було інтегральне значення корозійного струму , як функція числа циклів навантаження .
Рис. 2.8. Типова залежність корозійного струму від числа циклів навантаження за період випробовування зразка.
Для визначення цього параметра використовували вольтамперометричний метод вимірювання за триелектродною схемою [61]. Вимірювання проводили на різних стадіях процесу корозійно-втомного руйнування зразка (рис. 2.8):
I - стадія початкового корозійного пошкодження поверхні та зародження тріщиноподібних дефектів;
ІІ - стадія розвитку поверхневих тріщиноподібних дефектів;
ІІІ - стадія утворення та розвитку магістральної тріщини в глибину матеріалу.
Одержаний, для різних умов випробовувань, спектр кривих служив основою для ідентифікації стадійності процесів поверхневого тріщиноутворення для різних систем "матеріал-середовище" [44, 45].
У процесі апробації методики та попередніх експериментів було встановлено, що в межах циклу навантаження інтегральний струм можна розкласти на постійну складову і на складову, що відображає зміну корозійного струму впродовж циклу навантаження . Тобто величина інтегрального струму визначається із співвідношення
. (2.1)
На основі співвідношення (2.1) була розроблена спеціальна вимірна схема, де операцію усереднення було замінено інтегруванням (рис. 2.9). В якості інтегратора використано RC-ланку, часова стала якої значно перевищує період навантаження зразка: для періоду циклу T=3 с була вибрана постійна часу ?=10 с.
Рис. 2.9. Функціональна схема блоку виділення параметра .
Застосування даного методу вимірювання та обробки сигналу дозволило зафіксувати відхилення миттєвого значення струму від його деякого усередненого значення протягом циклу навантаження (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Приклад зміни параметра Ic за цикл навантаження для сталі 12Х1МФ при N=2000 циклів: 1 - навантажуюча частина циклу, 2 - розвантаження (випробування в середовищі з ).
Аналіз кривих , що були зареєстровані в процесі експериментів, показав наступну важливу особливість. У навантажуючій частині циклу існує певне значення напруження , починаючи з якого має місце помітне зростання струму (рис. 2.10, крива 1). Нижче цього значення поляризаційний струм або незначно змінюється, або практично не змінюється. Для визначення параметра була використана наступна процедура [80]. Протягом кожного випробовування реєструвались криві , навантажуюча вітка яких описувалась функцією:
, (2.2)
де - константи.
Для кожної із одержаних кривих значення визначалось аналітично, як точка перегину функції (2.2). У подальшому цей параметр був прийнятий в якості характеристичного для аналізу одержаних результатів досліджень та встановлення відповідних критеріальних залежностей процесу поверхневого тріщиноутворення в сталях, що випробовувались.
а)б)в)Рис. 2.11. Загальний вигляд зразка зі сталі 08Х18Н12Т до (а) та після випробовувань (б, в).
Зразки випробовували до повного руйнування (рис. 2. 11) з подальшим аналізом поверхонь зламів. Стадія початкового корозійного пошкодження поверхні та зародження тріщиноподібних дефектів, а також стадія розвитку поверхневих тріщиноподібних дефектів вивчалась за допомогою методу пластичних реплік [68, 77]. Реплікаційним матеріалом служила целюлозоацетатна плівка (марка G255 виробництво фірми AGAR SCIENTIFIC, Англія) товщиною 35 мкм. Дана плівка є легко розчинною в ацетоні. Методика виконання цього дослідження полягає в наступному. Досліджувану поверхню перед експериментом ретельно зачищають та шліфують до стану ювенільності. Після цього змочують її ацетоном високої очистки і на ще вологу поверхню накладають реплікаційну плівку певного розміру, внаслідок чого плівка приклеюється до поверхні. Через 5?7 хвилин плівка відстає від поверхні, зберігаючи на собі детальний відбиток досліджуваної поверхні. Одержані в процесі дослідження відбитки аналізували за допомогою спеціальної системи [16], що складається з мікроскопа, телевізійної камери та персонального комп'ютера з відповідним програмним забезпеченням. Дана система дозволяє фіксувати зображення досліджуваної поверхні в електронному варіанті (рис. 2.11), а також вимірювати лінійні розміри, площу та розташування існуючих на поверхні корозійних пошкоджень та тріщиноподібних дефектів. Точність вимірювання лінійних розмірів складає . Це дало змогу детально, якісно і кількісно дослідити кінетику зародження та розвитку поверхневих тріщиноподібних дефектів, у заданих умовах випробовування.
(a)(б)(в)Рис. 2.11. Характерний приклад початкової корозійно-механічної пошкоджуваності