Основные методы испытаний материалов

Необходимость испытаний металлических материалов на стойкость против различных видов коррозии обусловлена требованиями длительной безопасной эксплуатации конструкций и оборудования.

Критерии оценки коррозионной стойкости материалов могут быть качественные и количественные. Качественным критерием является оценка изменений, произошедших в ходе коррозионных испытаний с внешним видом испытуемых образцов и коррозионной средой. Оценка изменений внешнего вида образца может быть визуальной или проводиться с применением микроскопов — определяется изменение морфологии поверхности металла и ее окраски. Об изменениях в коррозионной среде судят по нарушению ее цветности и появлению в ней нерастворимых продуктов коррозии. Разновидностью качественных методов являются индикаторные методы, основанные на изменении цвета специально добавляемых в коррозионную среду реактивов под действием продуктов растворения испытуемого материала. В практике испытаний сталей таким реактивом часто является смесь ферро- и феррицианида калия, в результате взаимодействия которой с ионами двухвалентного железа образуется турбулевая синь — ярко окрашенные области синего цвета. Качественным индикатором при исследовании коррозии алюминия и его сплавов является ализарин, окрашивающий зоны преимущественного растворения в красный цвет.

Количественные критерии оценки коррозионной стойкости материалов определяются особенностями применяемого метода испытаний — ими, как правило, являются различные физические и физико-химические величины, например, значение токов и потенциалов, потери массы (или привес) металла, глубина проникновения коррозии, количество и место расположения очагов локального поражения металла, наличие и глубина коррозионных трещин и т.д. Наиболее часто используемым количественным критерием коррозионной стойкости металлов является скорость его равномерного утончения (мм/год). Для сталей разработана десятибалльная шкала коррозионной стойкости, согласно которой каждому баллу стойкости соответствует определенная скорость утончения металла.

Все существующие в настоящее время методы испытаний могут быть подразделены на полевые, натурные и лабораторные. Первые два типа испытаний проводят в естественных условиях, они требуют длительного времени (месяцы) и различаются тем, что в первом случае о коррозионной стойкости материала судят по поведению образцов-свидетелей, устанавливаемых в интересующие узлы эксплуатирующегося оборудования, а во втором — испытаниям подвергают опытные образцы аппаратов (или конструкций). Результаты обоих указанных типов испытаний не обладают высокой надежностью. В случае полевых испытаний это связано с тем, что воздействие агрессивной среды на образцы-свидетели и элементы металлической конструкции не всегда полностью совпадает. Например, при проведении коррозионных испытаний образцов-свидетелей в потоке движущейся жидкости условия ее течения вблизи их поверхности могут существенно отличаться от реализуемых на поверхности элементов оборудования (может возникать локальная турбулизация потока, застойные зоны, кавитационные эффекты и др.).

Надежность результатов лабораторных испытаний определяется адекватностью моделирования реальных условий эксплуатации и правильностью выбора критериев коррозионной стойкости. Лабораторные методы испытаний, как правило, являются ускоренными (в некоторых случаях используют экспресс-методы). Преимуществами ускоренных методов лабораторных испытаний является резко сокращенное время испытаний (часы, для экспресс-методов — минуты), возможность их многократного повторения с целью получения вероятностных оценок, возможность строгого контроля условий испытаний.

При моделировании процессов коррозии следует руководствоваться принципами, перечисленными ниже.

Ускорение коррозионного процесса не должно быть вызвано изменением его механизма. Например, при определении стойкости углеродистых и низколегированных сталей против питтинговои и язвенной коррозии даже незначительное увеличение агрессивности среды (повышение температуры, концентрации раствора, понижение рН) может привести к переводу стали в активное состояние, то есть смене механизма коррозионного процесса.

При моделировании условий испытаний необходимо учитывать особенности состава реальной коррозионной среды. Например, при моделировании процессов атмосферной коррозии необходимо учитывать температуру, влажность и анионный состав реальной эксплуатационной среды.

Для наиболее эффективного ускорения коррозионного процесса необходимо выявить основной контролирующий фактор и воздействовать именно на него. Например, если коррозионная активность одного из компонентов агрессивной среды явно превалирует, в модельных условиях целесообразно увеличить именно его концентрацию, контролируя при этом сохранение неизменности механизма коррозионного процесса.

Методы испытаний должны разрабатываться с учетом особенностей химического состава испытуемого материала. Например, модельные среды, рекомендуемые в качестве стандартных для определения склонности коррозионностойких сталей против питтинговой коррозии, нельзя использовать при испытаниях углеродистых и низколегированных сталей, поскольку последние в них не пассивируются;

Необходим правильный выбор критериев коррозионной стойкости.