Фретинг-корозія нержавіючої сталі

Фретинг-корозія нержавіючої сталі - це корозія яка виникає під час циклічного взаємного переміщення двох поверхонь, що контактують, і дії корозивного середовища. Вона виникає внаслідок безперервного руйнування захисної оксидної плівки в точках рухомого контакту.

До фретинг-корозії схильні болтові з'єднання, посадочні поверхні підшипників (вальниць) кочення, листові ресори, зубчасті колеса, муфти тощо.

Фретинг-корозія може виникнути в більшості металів та сплавів, де є вібрація між сполученими поверхнями та обертовими частинами. Нержавіюча сталь особливо схильна до впливу, а латунь має стійкість до впливу. Продукт корозії складається з окислених частинок, які були зітерті з контактуючих поверхонь.

Що таке фретинг-корозія нержавіючої сталі?

Фретинг-корозія стосується пошкодження нерівних поверхонь нержавіючого матеріалу, які контактують одна з одною. Ці нерівні поверхні, також відомі як нерівності, здаються гладкими, але під мікроскопом можна побачити їх гострі борозенки та грубі ямки.

Фретинг спричинений коливальним ковзанням і швидким повторюваним рухом, що спричиняє контакт між двома поверхнями. Хоча поверхні часто не призначені для дотику, навіть найменший контакт - наприклад, амплітуда руху всього 3×10 ^-9 м - може зрештою призвести до фреттинг-корозії.

Цей контакт може бути викликаний вібрацією під навантаженням або коливаннями тиску в щільно прилягаючих частинах. У шланговій промисловості ми часто спостерігаємо корозію на шлангу в результаті постійного контакту з опліткою.

Фреттинг-корозія - це, в основному, механічне пошкодження металу.

Однак, коли дві поверхні труться одна об одну, оголюються нові поверхні. Відбувається окислення і незабаром утворюються оксидні відходи. У нержавіючій сталі може утворюватися оксид заліза, який надає ураженій ділянці червоного кольору.

Залежно від використовуваного матеріалу та / або застосування фреттинг може мати абразивний знос, адгезійний знос або обидва. Абразивний знос виникає, коли поверхня ковзає по іншій поверхні, причому перша має шорсткішу поверхню, ніж друга. Це призводить до втрати матеріалу на більш м’якій поверхні. Адгезійне зношування відбувається під час прямого контакту тертя, коли обидві поверхні починають втрачати фрагменти матеріалу. Цей тип зносу може збільшити шорсткість і створити виступи. Оскільки осколки не можуть уникнути контакту під час фретингу, вони ще більше сприяють зношенню.

Коли йдеться про металевий шланг, ми також можемо називати фреттинг-корозію «зносом обплетення», оскільки відносний рух між обплетенням та шлангом є прикладом абразивного зносу. Міцність на розрив матеріалу обплетення вища, ніж у матеріалу шланга - близько 100 ksi проти 75 ksi - і, таким чином, шланг «розрізається» міцнішим дротом, який діє як маленький ніж.

Фактори, що сприяють фреттинг-корозії нержавіючої сталі

Подібно до багатьох інших типів корозії та зношування нержавіючої сталі, ступінь серйозності для матеріалу(ів) залежить від багатьох факторів, включаючи контактне навантаження, амплітуду, температуру, відносну вологість та інертність матеріалу(ів).

Оскільки фреттинг-корозію часто помилково вважають хибним брінелюванням, важливо розрізняти обидва типи зносу. Головна відмінність полягає в тому, що помилкове брінелювання відбувається в умовах мастила, що часто використовується для запобігання фреттинг-корозії, а фреттинг-корозія відбувається в сухих умовах.

Чинники, що впливають на фреттинг

Навантаження - величина та положення навантаження є одними з ключових факторів, що сприяють фреттингу. Нерівномірне навантаження на механічні деталі може призвести до концентрованої локальної напруги у певних областях на поверхні нержавіючого металу.
Навколишнє середовище - наслідком впливу на механізми поганої температури та відносної вологості є фреттинг-корозія через окислення. Цілком ймовірно, що висока швидкість зносу виникає, коли металеві поверхні знаходяться в агресивному середовищі або поруч з їдкими агентами.
Властивості матеріалу - пластичність, шорсткість поверхні та інертність - ось деякі властивості, які впливають на те, як поверхні реагують під навантаженням та контактом.
Рух - невеликі рухи від амплітуди ковзання та кількості циклів між двома металевими поверхнями впливають на величину фреттинг-зносу.
Поверхня - поведінка фреттинг-зносу значною мірою залежить від обробки поверхні матеріалу, покриттів та мастила.

Як зменшити фреттинг-корозію

Високодинамічні циклічні програми створюють більшу ймовірність фреттинг-корозії, особливо при контакті між схожими металами. Наприклад, шланг із нержавіючої сталі з обплетенням із нержавіючої сталі. У таких ситуаціях додавання мастила може знизити серйозність фреттинг-корозії.

Інший варіант - використовувати різнорідний матеріал або, якщо матеріал шланга та обплетення буде однаковим, ввести різнорідний матеріал між двома іншими поверхнями. Ми могли б зробити це, додавши шар «пухкого» бронзового обплетення між шлангом з нержавіючої сталі та обплетенням з нержавіючої сталі, яка працює так само, як мастило.

Крім руху, зовнішнє середовище відіграє важливу роль у швидкості фреттинг-корозії і має враховуватись при проектуванні вузла. Наприклад, у вологих умовах знос стає менш сильним через те, що волога діє як шар захисної мастильної плівки.

Зрештою, саме регулярне технічне обслуговування та планові перевірки матеріалів захистять від корозії всіх типів, включаючи фреттинг, та збільшать термін служби шлангу в експлуатації.

Отже зменшити фретинг-корозію нержавіючої сталі можна наступним чином:

Уникати фреттинг-корозії в цілому - це може включати зміни конструкції, гасіння будь-яких вібрацій і забезпечення належного затягування всіх з'єднань.
Тестування систем на фреттинг-корозію - пробні запуски можуть використовуватися в контрольованому середовищі для вирішення проблем фреттинг-корозії у певних механізмах.
Покриття та мастильні матеріали - покриття та мастило додають ще один рівень захисту від тертя, підвищуючи стійкість до фреттинг-корозії. Наприклад, нержавіюча сталь схильна до фреттингу в парі зі сталлю. Її можна використовувати в парі зі сталлю, покритою кадмієм, індієм, свинцем, оловом чи сріблом, щоб зменшити фреттинг. Однак, що стосується мастильних матеріалів, вони можуть вичавлюватися в зоні контакту, що все одно призведе до контакту металу з металом. У деяких випадках мастильні матеріали можуть мати протилежний бажаному ефект, оскільки нижчий коефіцієнт тертя може призвести до більшого руху.
Твердість матеріалу - твердість зазвичай впливає на коефіцієнт тертя матеріалу. Щоб підвищити твердість матеріалу, можна використовувати поверхневу та термічну обробку. Іншим поширеним методом є дробоструминна обробка, яка часто застосовується під час ремонту, підвищуючи міцність та знижуючи напругу.
Вибір марки нержавіючої сталі. Іноді оптимально використовувати два матеріали з різною пластичністю чи «м'якістю». Доведено, що пара м'якого та твердого металів має менше пошкоджень від стирання порівняно з двома твердими металами, оскільки м'якший метал «тече», а не «треться» при контакті.
Довкілля. Сприятливі умови, такі як контрольоване середовище під час роботи та належне зберігання, знижують непотрібну вологість матеріалу, зменшуючи окиснення.
Вільні металеві вставки. У деяких випадках використовуються вільні металеві вставки, щоб уникнути стирання або поверхневого контакту, наприклад використання тонких мідних пластин для титанових поверхонь.
Гума. Якщо застосування дозволяє, вібрації можуть поглинатися гумою, одночасно запобігаючи утворенню зон ковзання.

Висновок

Фретинг-корозія нержавіючої сталі є серйозною проблемою, яка може призвести до передчасного виходу з ладу металевих конструкцій. Для ефективного боротьби з цим явищем необхідно комплексно підходити до вирішення проблеми, враховуючи всі фактори, що впливають на розвиток корозії.