Фреттинг-коррозия нержавеющей стали

Фреттинг-коррозия нержавеющей стали - это коррозия, которая возникает во время циклического взаимного перемещения двух контактирующих поверхностей и действия коррозионной среды. Она возникает вследствие непрерывного разрушения оксидной защитной пленки в точках подвижного контакта.

К фреттинг-коррозии подвержены болтовые соединения, посадочные поверхности подшипников (вальниц) качения, листовые рессоры, зубчатые колеса, муфты и т.д.

Фреттинг-коррозия может возникнуть в большинстве металлов и сплавов, где есть вибрация между сопрягаемыми поверхностями и вращающимися частями. Нержавеющая сталь особенно подвержена воздействию, а латунь обладает стойкостью к воздействию. Продукт коррозии состоит из окисленных частиц, которые были сотерты с контактирующих поверхностей.

Что такое фреттинг-коррозия нержавеющей стали?

Фреттинг-коррозия касается повреждения неровных поверхностей нержавеющего материала, контактирующих друг с другом. Эти неровные поверхности, также известные как неровности, кажутся гладкими, но под микроскопом можно увидеть острые бороздки и грубые ямки.

Фреттинг вызван колебательным скольжением и быстрым повторяющимся движением, что приводит к контакту между двумя поверхностями. Хотя поверхности часто не предназначены для соприкосновения, даже малейший контакт - например, амплитуда движения всего 3×10 ^-9 м - может в конечном счете привести к фреттинг-коррозии.

Этот контакт может быть вызван вибрацией под нагрузкой или колебаниями давления в плотно прилегающих частях. В шланговой промышленности мы часто наблюдаем коррозию на шланге в результате постоянного контакта с оплеткой.

Фреттинг-коррозия - это, в основном, механическое повреждение металла.

Однако когда две поверхности трутся друг о друга, обнажаются новые поверхности. Происходит окисление и вскоре образуются оксидные отходы. В нержавеющей стали может образовываться оксид железа, придающий пораженному участку красного цвета.

В зависимости от используемого материала и / или применения фреттинг может иметь абразивный износ, адгезионный износ или оба. Абразивный износ возникает, когда поверхность скользит по другой поверхности, причем первая имеет более шероховатую поверхность, чем вторая. Это приводит к потере материала на более мягкой поверхности. Адгезионный износ происходит при прямом контакте трения, когда обе поверхности начинают терять фрагменты материала. Этот тип износа может увеличить шероховатость и создать выступы. Поскольку осколки не могут избежать контакта во время фреттинга, они еще больше способствуют износу.

Когда речь идет о металлическом шланге, мы также можем называть фреттинг-коррозию «износом оплетки», поскольку относительное движение между оплеткой и шлангом является примером абразивного износа. Прочность на разрыв материала оплетки выше, чем у материала шланга - около 100 ksi против 75 ksi - и, таким образом, шланг «разрезается» более прочной проволокой, которая действует как маленький нож.

Факторы, способствующие фреттинг-коррозии нержавеющей стали

Подобно многим другим типам коррозии и износу нержавеющей стали, степень серьезности для материала(ов) зависит от многих факторов, включая контактную нагрузку, амплитуду, температуру, относительную влажность и инертность материала(ов).

Поскольку фреттинг-коррозию часто ошибочно считают ложным бринеллированием, важно различать оба типа износа. Главное отличие состоит в том, что ошибочное бринеллирование происходит в условиях смазки, часто используемой для предотвращения фреттинг-коррозии, а фреттинг-коррозия происходит в сухих условиях.

Факторы, влияющие на фреттинг

Нагрузка - величина и положение нагрузки являются одними из ключевых факторов, способствующих фреттингу. Неравномерная нагрузка на механические детали может привести к концентрированному локальному напряжению в определенных областях на поверхности нержавеющего металла.
Окружающая среда - следствием воздействия на механизмы плохой температуры и относительной влажности является фреттинг-коррозия из-за окисления. По всей вероятности, высокая скорость износа возникает, когда металлические поверхности находятся в агрессивной среде или рядом с едкими агентами.
Свойства материала - пластичность, шероховатость поверхности и инертность - вот некоторые свойства, которые влияют на то, как реагируют поверхности под нагрузкой и контактом.
Движение - небольшие движения от амплитуды скольжения и количества циклов между двумя металлическими поверхностями влияют на величину фреттинг-износа.
Поверхность - поведение фреттинг-износа в значительной степени зависит от обработки поверхности материала, покрытий и смазки.

Как уменьшить фреттинг-коррозию

Высокодинамические циклические программы создают большую вероятность фреттинг-коррозии, особенно при контакте между схожими металлами. Например, шланг из нержавеющей стали с оплеткой из нержавеющей стали. В таких ситуациях добавление смазки может снизить серьезность фреттинг-коррозии.

Другой вариант - использовать разнородный материал или, если материал шланга и оплетки будет одинаковым, ввести разнородный материал между двумя другими поверхностями. Мы могли бы сделать это, добавив слой «пухлой» бронзовой оплетки между шлангом из нержавеющей стали и оплеткой из нержавеющей стали, которая работает так же, как смазка.

Помимо движения внешняя среда играет важную роль в скорости фреттинг-коррозии и должна учитываться при проектировании узла. Например, во влажных условиях износ становится менее сильным из-за того, что влага действует как слой защитной смазочной пленки.

В конце концов, самое регулярное техническое обслуживание и плановые проверки материалов защитят от коррозии всех типов, включая фреттинг, и увеличат срок службы шланга в эксплуатации.

Уменьшить фреттинг-коррозию нержавеющей стали можно следующим образом:

Избегать фреттинг-коррозии в целом - это может включать изменения конструкции, гашение любых вибраций и обеспечение надлежащей затяжки всех соединений.
Тестирование систем на фреттинг-коррозию - пробные запуски могут использоваться в контролируемой среде для решения проблем фреттинг-коррозии в определенных механизмах.
Покрытия и смазочные материалы - покрытие и смазка добавляют еще один уровень защиты от трения, повышая устойчивость к фреттинг-коррозии. К примеру, нержавеющая сталь подвержена фреттингу в паре со сталью. Ее можно использовать в паре со сталью, покрытой кадмием, индием, свинцом, оловом или серебром, чтобы уменьшить фреттинг. Однако, что касается смазочных материалов, они могут выжиматься в зоне контакта, что все равно приведет к контакту металла с металлом. В некоторых случаях смазочные материалы могут иметь противоположный желаемому эффекту, поскольку низший коэффициент трения может привести к большему движению.
Твердость материала - твердость обычно влияет на коэффициент трения материала. Чтобы повысить твердость материала, можно использовать поверхностную и термическую обработку. Другим распространенным методом является дробеструйная обработка, которая часто применяется при ремонте, повышая прочность и снижая напряжение.
Выбор марки нержавеющей стали. Иногда оптимально использовать два материала с разной пластичностью или мягкостью. Доказано, что пара мягкого и твердого металлов имеет меньше повреждений от стирания по сравнению с двумя твердыми металлами, поскольку более мягкий металл «течет», а не «трется» при контакте.
Окружающая среда. Благоприятные условия, такие как контролируемая среда при работе и надлежащее хранение, снижают ненужную влажность материала, уменьшая окисление.
Свободные металлические вставки. В некоторых случаях используются свободные металлические вставки, чтобы избежать стирания или поверхностного контакта, например, использование тонких медных пластин для титановых поверхностей.
Резина. Если применение позволяет, вибрации могут поглощаться резиной, одновременно предотвращая образование зон скольжения.

Вывод

Фреттинг-коррозия нержавеющей стали представляет собой серьезную проблему, которая может привести к преждевременному выходу из строя металлических конструкций. Для эффективной борьбы с этим явлением необходимо комплексно подходить к решению проблемы, учитывая все факторы, влияющие на коррозию.