Σας ευχαριστούμε που επισκεφθήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη για CSS. Για την καλύτερη δυνατή εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Εν τω μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ο χάλυβας 20MnTiB είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό κοχλιών υψηλής αντοχής για γέφυρες από χάλυβα στη χώρα μου και η απόδοσή του έχει μεγάλη σημασία για την ασφαλή λειτουργία των γεφυρών. Με βάση την έρευνα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος στο Chongqing, η παρούσα μελέτη σχεδίασε ένα διάλυμα διάβρωσης που προσομοιώνει το υγρό κλίμα του Chongqing και πραγματοποίησε δοκιμές διάβρωσης υπό τάση σε κοχλίες υψηλής αντοχής που προσομοιώνουν το υγρό κλίμα του Chongqing. Μελετήθηκαν οι επιδράσεις της θερμοκρασίας, της τιμής pH και της συγκέντρωσης του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης στη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση των κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB.
Ο χάλυβας 20MnTiB είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό κοχλιών υψηλής αντοχής για γέφυρες από χάλυβα στη χώρα μου και η απόδοσή του έχει μεγάλη σημασία για την ασφαλή λειτουργία των γεφυρών. Οι Li et al. 1 εξέτασαν τις ιδιότητες του χάλυβα 20MnTiB που χρησιμοποιείται συνήθως σε κοχλίες υψηλής αντοχής βαθμού 10,9 στην περιοχή υψηλής θερμοκρασίας 20~700 ℃ και έλαβαν την καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, το όριο διαρροής, την αντοχή σε εφελκυσμό, το μέτρο ελαστικότητας Young και την επιμήκυνση, καθώς και τον συντελεστή διαστολής. Οι Zhang et al. 2, Hu et al. 3, κ.λπ., μέσω δοκιμών χημικής σύνθεσης, δοκιμών μηχανικών ιδιοτήτων, δοκιμών μικροδομής, μακροσκοπικής και μικροσκοπικής ανάλυσης της επιφάνειας του σπειρώματος, και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο κύριος λόγος για τη θραύση των κοχλιών υψηλής αντοχής σχετίζεται με ελαττώματα σπειρώματος και την εμφάνιση ελαττωμάτων σπειρώματος. Οι μεγάλες συγκεντρώσεις τάσης, οι συγκεντρώσεις τάσης στην άκρη της ρωγμής και οι συνθήκες διάβρωσης σε ανοιχτό αέρα οδηγούν σε ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω τάσης.
Οι βίδες υψηλής αντοχής για χαλύβδινες γέφυρες χρησιμοποιούνται συνήθως για μεγάλο χρονικό διάστημα σε υγρό περιβάλλον. Παράγοντες όπως η υψηλή υγρασία, η υψηλή θερμοκρασία και η καθίζηση και απορρόφηση επιβλαβών ουσιών στο περιβάλλον μπορούν εύκολα να προκαλέσουν διάβρωση των χαλύβδινων κατασκευών. Η διάβρωση μπορεί να προκαλέσει απώλεια διατομής βιδών υψηλής αντοχής, με αποτέλεσμα πολλά ελαττώματα και ρωγμές. Και αυτά τα ελαττώματα και οι ρωγμές θα συνεχίσουν να επεκτείνονται, μειώνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής των βιδών υψηλής αντοχής και ακόμη και προκαλώντας το σπάσιμο τους. Μέχρι στιγμής, υπάρχουν πολλές μελέτες σχετικά με την επίδραση της περιβαλλοντικής διάβρωσης στην απόδοση διάβρωσης υπό τάση των υλικών. Οι Catar et al.4 διερεύνησαν τη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση των κραμάτων μαγνησίου με διαφορετική περιεκτικότητα σε αλουμίνιο σε όξινα, αλκαλικά και ουδέτερα περιβάλλοντα με δοκιμή αργού ρυθμού παραμόρφωσης (SSRT). Οι Abdel et al.5 μελέτησαν την ηλεκτροχημική συμπεριφορά και τη συμπεριφορά ρωγμών λόγω διάβρωσης υπό τάση του κράματος Cu10Ni σε διάλυμα 3,5% NaCl παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων ιόντων σουλφιδίου. Οι Aghion et al.6 αξιολόγησαν την απόδοση διάβρωσης του χυτού κράματος μαγνησίου MRI230D σε διάλυμα 3,5% NaCl με δοκιμή εμβάπτισης, δοκιμή ψεκασμού αλατιού, ανάλυση ποτενσιοδυναμικής πόλωσης και SSRT. Οι Zhang et al. Οι al.7 μελέτησαν τη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση του μαρτενσιτικού χάλυβα 9Cr χρησιμοποιώντας SSRT και παραδοσιακές ηλεκτροχημικές τεχνικές δοκιμών και έλαβαν υπόψη την επίδραση των ιόντων χλωρίου στη συμπεριφορά στατικής διάβρωσης του μαρτενσιτικού χάλυβα σε θερμοκρασία δωματίου. Οι Chen et al.8 διερεύνησαν τη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση και τον μηχανισμό ρωγμάτωσης του χάλυβα X70 σε προσομοιωμένο διάλυμα θαλάσσιας λάσπης που περιείχε SRB σε διαφορετικές θερμοκρασίες με SSRT. Οι Liu et al.9 χρησιμοποίησαν SSRT για να μελετήσουν την επίδραση της θερμοκρασίας και του ρυθμού εφελκυστικής παραμόρφωσης στην αντοχή στη διάβρωση υπό τάση του θαλασσινού νερού του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα 00Cr21Ni14Mn5Mo2N. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η θερμοκρασία στην περιοχή των 35~65℃ δεν έχει σημαντική επίδραση στη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση του ανοξείδωτου χάλυβα. Οι Lu et al. 10 αξιολόγησαν την επιδεκτικότητα καθυστερημένης θραύσης δειγμάτων με διαφορετικούς βαθμούς αντοχής σε εφελκυσμό μέσω δοκιμής καθυστερημένης θραύσης με νεκρό φορτίο και SSRT. Προτείνεται ο έλεγχος της αντοχής σε εφελκυσμό των κοχλιών υψηλής αντοχής από χάλυβα 20MnTiB και χάλυβα 35VB στα 1040-1190MPa. Ωστόσο, οι περισσότερες από αυτές τις μελέτες χρησιμοποιούν βασικά ένα απλό διάλυμα 3,5% NaCl για την προσομοίωση του διαβρωτικού περιβάλλοντος, ενώ το πραγματικό περιβάλλον χρήσης των κοχλιών υψηλής αντοχής είναι πιο περίπλοκο και έχει πολλούς παράγοντες επιρροής, όπως η τιμή pH του κοχλίου. Οι Ananya et al. 11 μελέτησαν την επίδραση των περιβαλλοντικών παραμέτρων και των υλικών στο διαβρωτικό μέσο στη διάβρωση και τη ρηγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω τάσης των διπλών ανοξείδωτων χαλύβων. Οι Sunada et al. 12 διεξήγαγαν δοκιμές ρωγμάτωσης λόγω διάβρωσης υπό τάση σε θερμοκρασία δωματίου σε χάλυβα SUS304 σε υδατικά διαλύματα που περιείχαν H2SO4 (0-5,5 kmol/m-3) και NaCl (0-4,5 kmol/m-3). Μελετήθηκαν επίσης οι επιδράσεις του H2SO4 και του NaCl στους τύπους διάβρωσης του χάλυβα SUS304. Οι Merwe et al.13 χρησιμοποίησαν SSRT για να μελετήσουν τις επιδράσεις της κατεύθυνσης κύλισης, της θερμοκρασίας, της συγκέντρωσης CO2/CO, της πίεσης αερίου και του χρόνου διάβρωσης στην ευαισθησία διάβρωσης υπό τάση του χάλυβα δοχείων πίεσης A516. Χρησιμοποιώντας διάλυμα NS4 ως διάλυμα προσομοίωσης υπόγειων υδάτων, οι Ibrahim et al.14 διερεύνησαν την επίδραση περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως η συγκέντρωση ιόντων διττανθρακικού (HCO3), το pH και η θερμοκρασία στη ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης υπό τάση του χάλυβα αγωγών API-X100 μετά την αποκόλληση της επικάλυψης. 15 μελέτησαν τον νόμο της μεταβολής της ευαισθησίας ρωγμάτωσης λόγω διάβρωσης λόγω τάσης του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα 00Cr18Ni10 με τη θερμοκρασία υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας (30~250℃) υπό την κατάσταση μέσου μαύρου νερού σε προσομοιωμένη μονάδα μετατροπής άνθρακα σε υδρογόνο από την SSRT. Οι Han et al.16 χαρακτήρισαν την ευαισθησία ευθραυστότητας υδρογόνου δειγμάτων μπουλονιών υψηλής αντοχής χρησιμοποιώντας μια δοκιμή θραύσης με καθυστέρηση φορτίου και SSRT. Ο Zhao17 μελέτησε τις επιδράσεις του pH, SO42-, Cl-1 στη συμπεριφορά διάβρωσης λόγω τάσης του κράματος GH4080A από την SSRT. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του pH, τόσο χειρότερη είναι η αντοχή στη διάβρωση λόγω τάσης του κράματος GH4080A. Έχει εμφανή ευαισθησία στη διάβρωση λόγω τάσης στο Cl-1 και δεν είναι ευαίσθητο στο ιοντικό μέσο SO42- σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, υπάρχουν λίγες μελέτες σχετικά με την επίδραση της περιβαλλοντικής διάβρωσης σε μπουλόνια υψηλής αντοχής από χάλυβα 20MnTiB.
Προκειμένου να διαπιστωθούν οι λόγοι για την αστοχία των κοχλιών υψηλής αντοχής που χρησιμοποιούνται σε γέφυρες, ο συγγραφέας διεξήγαγε μια σειρά μελετών. Επιλέχθηκαν δείγματα κοχλιών υψηλής αντοχής και οι λόγοι για την αστοχία αυτών των δειγμάτων συζητήθηκαν από την οπτική γωνία της χημικής σύνθεσης, της μικροσκοπικής μορφολογίας θραύσης, της μεταλλογραφικής δομής και της ανάλυσης μηχανικών ιδιοτήτων19, 20. Με βάση την έρευνα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος στο Chongqing τα τελευταία χρόνια, σχεδιάστηκε ένα σχήμα διάβρωσης που προσομοιώνει το υγρό κλίμα του Chongqing. Διεξήχθησαν πειράματα διάβρωσης υπό τάση, πειράματα ηλεκτροχημικής διάβρωσης και πειράματα κόπωσης διάβρωσης κοχλιών υψηλής αντοχής σε προσομοιωμένο υγρό κλίμα του Chongqing. Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήθηκαν οι επιδράσεις της θερμοκρασίας, της τιμής pH και της συγκέντρωσης του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης στη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση των κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB μέσω δοκιμών μηχανικών ιδιοτήτων, μακροσκοπικής και μικροσκοπικής ανάλυσης θραύσης και προϊόντων επιφανειακής διάβρωσης.
Το Τσονγκκίνγκ βρίσκεται στη νοτιοδυτική Κίνα, στα άνω ρου του ποταμού Γιανγκτσέ, και έχει υγρό υποτροπικό μουσωνικό κλίμα. Η μέση ετήσια θερμοκρασία είναι 16-18°C, η μέση ετήσια σχετική υγρασία είναι ως επί το πλείστον 70-80%, οι ετήσιες ώρες ηλιοφάνειας είναι 1000-1400 ώρες και το ποσοστό ηλιοφάνειας είναι μόνο 25-35%.
Σύμφωνα με αναφορές που σχετίζονται με την ηλιοφάνεια και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στο Τσονγκκίνγκ από το 2015 έως το 2018, η μέση ημερήσια θερμοκρασία στο Τσονγκκίνγκ είναι από 17°C έως 23°C. Η υψηλότερη θερμοκρασία στο σώμα της γέφυρας Chaotianmen στο Τσονγκκίνγκ μπορεί να φτάσει τους 50°C °C21,22. Επομένως, τα επίπεδα θερμοκρασίας για τη δοκιμή διάβρωσης υπό τάση ορίστηκαν στους 25°C και 50°C.
Η τιμή pH του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης καθορίζει άμεσα την ποσότητα H+, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι όσο χαμηλότερη είναι η τιμή pH, τόσο πιο εύκολη είναι η διάβρωση. Η επίδραση του pH στα αποτελέσματα θα διαφέρει για διαφορετικά υλικά και διαλύματα. Προκειμένου να μελετηθεί καλύτερα η επίδραση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης στην απόδοση διάβρωσης υπό τάση των κοχλιών υψηλής αντοχής, οι τιμές pH των πειραμάτων διάβρωσης υπό τάση ορίστηκαν σε 3,5, 5,5 και 7,5 σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική έρευνα23 και το εύρος pH του ετήσιου βρόχινου νερού στο Chongqing, 2010 έως 2018.
Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε ιόντα στο προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης και τόσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση στις ιδιότητες του υλικού. Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση της προσομοιωμένης συγκέντρωσης διαλύματος διάβρωσης στη διάβρωση λόγω τάσης των κοχλιών υψηλής αντοχής, πραγματοποιήθηκε η τεχνητή εργαστηριακή δοκιμή επιταχυνόμενης διάβρωσης και η προσομοιωμένη συγκέντρωση διαλύματος διάβρωσης ορίστηκε στο επίπεδο 4 χωρίς διάβρωση, που ήταν η αρχική προσομοιωμένη συγκέντρωση διαλύματος διάβρωσης (1×), 20 × η αρχική προσομοιωμένη συγκέντρωση διαλύματος διάβρωσης (20 ×) και 200 ​​× η αρχική προσομοιωμένη συγκέντρωση διαλύματος διάβρωσης (200 ×).
Το περιβάλλον με θερμοκρασία 25℃, τιμή pH 5,5 και συγκέντρωση του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης είναι το πλησιέστερο στις πραγματικές συνθήκες χρήσης των μπουλονιών υψηλής αντοχής για γέφυρες. Ωστόσο, προκειμένου να επιταχυνθεί η διαδικασία δοκιμής διάβρωσης, οι πειραματικές συνθήκες με θερμοκρασία 25 °C, pH 5,5 και συγκέντρωση 200 × του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης ορίστηκαν ως ομάδα αναφοράς ελέγχου. Όταν διερευνήθηκαν αντίστοιχα οι επιδράσεις της θερμοκρασίας, της συγκέντρωσης ή της τιμής pH του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης στην απόδοση διάβρωσης τάσης των μπουλονιών υψηλής αντοχής, άλλοι παράγοντες παρέμειναν αμετάβλητοι, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν ως το πειραματικό επίπεδο της ομάδας αναφοράς ελέγχου.
Σύμφωνα με την ενημέρωση για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος 2010-2018 που εκδόθηκε από το Δημοτικό Γραφείο Οικολογίας και Περιβάλλοντος του Τσονγκκίνγκ, και αναφερόμενο στα συστατικά των βροχοπτώσεων που αναφέρονται στο Zhang24 και σε άλλες βιβλιογραφίες που αναφέρονται στο Τσονγκκίνγκ, σχεδιάστηκε ένα προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης βασισμένο στην αύξηση της συγκέντρωσης SO42-. Η σύνθεση των βροχοπτώσεων στην κύρια αστική περιοχή του Τσονγκκίνγκ το 2017. Η σύνθεση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης φαίνεται στον Πίνακα 1:
Το προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης παρασκευάζεται με τη μέθοδο χημικής ισορροπίας συγκέντρωσης ιόντων χρησιμοποιώντας αναλυτικά αντιδραστήρια και απεσταγμένο νερό. Η τιμή pH του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης ρυθμίστηκε με ένα ακριβές pHμετρο, διάλυμα νιτρικού οξέος και διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου.
Για την προσομοίωση του υγρού κλίματος στο Chongqing, ο ελεγκτής αλατονέφωσης έχει τροποποιηθεί και σχεδιαστεί ειδικά25. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, ο πειραματικός εξοπλισμός διαθέτει δύο συστήματα: ένα σύστημα αλατονέφωσης και ένα σύστημα φωτισμού. Το σύστημα αλατονέφωσης είναι η κύρια λειτουργία του πειραματικού εξοπλισμού, ο οποίος αποτελείται από ένα μέρος ελέγχου, ένα μέρος ψεκασμού και ένα μέρος επαγωγής. Η λειτουργία του μέρους ψεκασμού είναι η άντληση της αλατονέφωσης στον θάλαμο δοκιμής μέσω του συμπιεστή αέρα. Το μέρος επαγωγής αποτελείται από στοιχεία μέτρησης θερμοκρασίας, τα οποία ανιχνεύουν τη θερμοκρασία στον θάλαμο δοκιμής. Το μέρος ελέγχου αποτελείται από έναν μικροϋπολογιστή, ο οποίος συνδέει το μέρος ψεκασμού και το μέρος επαγωγής για τον έλεγχο ολόκληρης της πειραματικής διαδικασίας. Το σύστημα φωτισμού είναι εγκατεστημένο σε έναν θάλαμο δοκιμής αλατονέφωσης για την προσομοίωση του ηλιακού φωτός. Το σύστημα φωτισμού αποτελείται από υπέρυθρες λάμπες και έναν ελεγκτή χρόνου. Ταυτόχρονα, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι εγκατεστημένος στον θάλαμο δοκιμής αλατονέφωσης για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας γύρω από το δείγμα σε πραγματικό χρόνο.
Τα δείγματα διάβρωσης υπό τάση υπό σταθερό φορτίο υποβλήθηκαν σε επεξεργασία σύμφωνα με το NACETM0177-2005 (Εργαστηριακές Δοκιμές Ρωγμάτωσης από Τάση Σουλφιδίων και Αντίστασης σε Ρωγμάτωση από Διάβρωση λόγω Τάσης σε Περιβάλλον H2S). Τα δείγματα διάβρωσης υπό τάση καθαρίστηκαν πρώτα με ακετόνη και υπερηχητικό μηχανικό καθαρισμό για την απομάκρυνση υπολειμμάτων λαδιού, στη συνέχεια αφυδατώθηκαν με αλκοόλη και ξηράνθηκαν σε φούρνο. Στη συνέχεια, τα καθαρά δείγματα τοποθετήθηκαν στον θάλαμο δοκιμής της συσκευής δοκιμής ψεκασμού αλατιού για την προσομοίωση της κατάστασης διάβρωσης στο υγρό κλιματικό περιβάλλον του Chongqing. Σύμφωνα με το πρότυπο NACETM0177-2005 και το πρότυπο δοκιμής ψεκασμού αλατιού GB/T 10,125-2012, ο χρόνος δοκιμής διάβρωσης υπό τάση σταθερού φορτίου σε αυτή τη μελέτη προσδιορίστηκε ομοιόμορφα στις 168 ώρες. Διεξήχθησαν δοκιμές εφελκυσμού στα δείγματα διάβρωσης υπό διαφορετικές συνθήκες διάβρωσης στη μηχανή δοκιμής εφελκυσμού MTS-810 και αναλύθηκαν οι μηχανικές τους ιδιότητες και η μορφολογία διάβρωσης θραύσης.
Το Σχήμα 1 δείχνει τη μακρο- και μικρο-μορφολογία της επιφανειακής διάβρωσης δειγμάτων διάβρωσης υψηλής αντοχής λόγω τάσης κοχλιών υπό διαφορετικές συνθήκες διάβρωσης.2 και 3 αντίστοιχα.
Μακροσκοπική μορφολογία δειγμάτων διάβρωσης υπό τάση από βίδες υψηλής αντοχής 20MnTiB υπό διαφορετικά προσομοιωμένα περιβάλλοντα διάβρωσης: (α) καμία διάβρωση· (β) 1 φορά· (γ) 20 ×· (δ) 200 ×· (ε) pH3,5· (στ) pH 7,5· (ζ) 50°C.
Μικρομορφολογία προϊόντων διάβρωσης κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB σε διαφορετικά προσομοιωμένα περιβάλλοντα διάβρωσης (100×): (α) 1 φορά· (β) 20 ×· (γ) 200 ×· (δ) pH3,5· (ε) pH7,5· (στ) 50°C.
Από το Σχήμα 2α φαίνεται ότι η επιφάνεια του μη διαβρωμένου δείγματος κοχλίου υψηλής αντοχής εμφανίζει λαμπερή μεταλλική λάμψη χωρίς εμφανή διάβρωση. Ωστόσο, υπό τις συνθήκες του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης (Σχήμα 2β), η επιφάνεια του δείγματος ήταν μερικώς καλυμμένη με καφέ και καφέ-κόκκινα προϊόντα διάβρωσης και ορισμένες περιοχές της επιφάνειας εξακολουθούσαν να εμφανίζουν εμφανή μεταλλική λάμψη, υποδεικνύοντας ότι μόνο ορισμένες περιοχές της επιφάνειας του δείγματος ήταν ελαφρώς διαβρωμένες και το προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης δεν είχε καμία επίδραση στην επιφάνεια του δείγματος. Οι ιδιότητες του υλικού έχουν μικρή επίδραση. Ωστόσο, υπό την προϋπόθεση 20 × αρχικής προσομοιωμένης συγκέντρωσης διαλύματος διάβρωσης (Εικ. 2c), η επιφάνεια του δείγματος κοχλίου υψηλής αντοχής έχει καλυφθεί πλήρως από μεγάλη ποσότητα καφέ προϊόντων διάβρωσης και μικρή ποσότητα καφέ-κόκκινου προϊόντος διάβρωσης, δεν βρέθηκε εμφανής μεταλλική λάμψη και υπήρχε μικρή ποσότητα καφέ-μαύρου προϊόντος διάβρωσης κοντά στην επιφάνεια του υποστρώματος. Και υπό την προϋπόθεση 200 × αρχικής προσομοιωμένης συγκέντρωσης διαλύματος διάβρωσης (Εικ. 2d), η επιφάνεια του δείγματος καλύπτεται πλήρως από καφέ προϊόντα διάβρωσης και εμφανίζονται καφέ-μαύρα προϊόντα διάβρωσης σε ορισμένες περιοχές.
Καθώς το pH μειώθηκε στο 3,5 (Εικ. 2ε), τα προϊόντα διάβρωσης με καφέ χρώμα ήταν τα περισσότερα στην επιφάνεια των δειγμάτων και ορισμένα από τα προϊόντα διάβρωσης είχαν απολεπιστεί.
Το Σχήμα 2g δείχνει ότι καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται στους 50 °C, η περιεκτικότητα σε καφέ-κόκκινα προϊόντα διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος μειώνεται απότομα, ενώ τα έντονα καφέ προϊόντα διάβρωσης καλύπτουν την επιφάνεια του δείγματος σε μεγάλη περιοχή. Το στρώμα προϊόντων διάβρωσης είναι σχετικά χαλαρό και ορισμένα καφέ-μαύρα προϊόντα αποκολλώνται.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, υπό διαφορετικά περιβάλλοντα διάβρωσης, τα προϊόντα διάβρωσης στην επιφάνεια των δειγμάτων διάβρωσης υψηλής αντοχής 20MnTiB λόγω τάσης κοχλιών είναι προφανώς αποκολλημένα και το πάχος του στρώματος διάβρωσης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης. Υπό τις συνθήκες του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης (Σχήμα 3α), τα προϊόντα διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος μπορούν να χωριστούν σε δύο στρώματα: το εξωτερικό στρώμα των προϊόντων διάβρωσης είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο, αλλά εμφανίζεται μεγάλος αριθμός ρωγμών. το εσωτερικό στρώμα είναι μια χαλαρή συστάδα προϊόντων διάβρωσης. Υπό τις συνθήκες 20× αρχικής προσομοιωμένης συγκέντρωσης διαλύματος διάβρωσης (Σχήμα 3β), το στρώμα διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος μπορεί να χωριστεί σε τρία στρώματα: το εξωτερικό στρώμα αποτελείται κυρίως από διασκορπισμένα προϊόντα διάβρωσης, τα οποία είναι χαλαρά και πορώδη και δεν έχουν καλή προστατευτική απόδοση. Το μεσαίο στρώμα είναι ένα ομοιόμορφο στρώμα προϊόντος διάβρωσης, αλλά υπάρχουν εμφανείς ρωγμές και τα ιόντα διάβρωσης μπορούν να περάσουν μέσα από τις ρωγμές και να διαβρώσουν το υπόστρωμα. Το εσωτερικό στρώμα είναι ένα πυκνό στρώμα προϊόντος διάβρωσης χωρίς εμφανείς ρωγμές, το οποίο έχει καλή προστατευτική επίδραση στο υπόστρωμα. Υπό την προϋπόθεση της αρχικής προσομοιωμένης συγκέντρωσης διαλύματος διάβρωσης 200× (Εικ. 3c), το στρώμα διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος μπορεί να χωριστεί σε τρία στρώματα: το εξωτερικό στρώμα είναι ένα λεπτό και ομοιόμορφο στρώμα προϊόντος διάβρωσης. το μεσαίο στρώμα είναι κυρίως σε σχήμα πετάλου και σε σχήμα νιφάδας. Το εσωτερικό στρώμα είναι ένα πυκνό στρώμα προϊόντος διάβρωσης χωρίς εμφανείς ρωγμές και οπές, το οποίο έχει καλή προστατευτική επίδραση στο υπόστρωμα.
Από το Σχήμα 3δ φαίνεται ότι στο προσομοιωμένο περιβάλλον διάβρωσης με pH 3,5, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός κροκιδωτικών ή βελονοειδών προϊόντων διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος κοχλίου υψηλής αντοχής 20MnTiB. Εικάζεται ότι αυτά τα προϊόντα διάβρωσης είναι κυρίως γ-FeOOH και μια μικρή ποσότητα α-FeOOH σε σύμπλεξη26, και το στρώμα διάβρωσης έχει εμφανείς ρωγμές.
Από το Σχήμα 3f φαίνεται ότι όταν η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 50 °C, δεν βρέθηκε εμφανές πυκνό εσωτερικό στρώμα σκουριάς στη δομή του στρώματος διάβρωσης, γεγονός που υποδηλώνει ότι υπήρχαν κενά μεταξύ των στρωμάτων διάβρωσης στους 50 °C, γεγονός που καθιστούσε το υπόστρωμα μη πλήρως καλυμμένο από προϊόντα διάβρωσης. Παρέχει προστασία από την αυξημένη τάση διάβρωσης του υποστρώματος.
Οι μηχανικές ιδιότητες των κοχλιών υψηλής αντοχής υπό διάβρωση υπό σταθερό φορτίο και τάση σε διαφορετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα παρουσιάζονται στον Πίνακα 2:
Από τον Πίνακα 2 φαίνεται ότι οι μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB εξακολουθούν να πληρούν τις τυπικές απαιτήσεις μετά τη δοκιμή επιταχυνόμενης διάβρωσης με ξηρό-υγρό κύκλο σε διαφορετικά προσομοιωμένα περιβάλλοντα διάβρωσης, αλλά υπάρχει κάποια ζημιά σε σύγκριση με τα μη διαβρωμένα. δείγμα. Στη συγκέντρωση του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, οι μηχανικές ιδιότητες του δείγματος δεν άλλαξαν σημαντικά, αλλά στη συγκέντρωση 20× ή 200× του προσομοιωμένου διαλύματος, η επιμήκυνση του δείγματος μειώθηκε σημαντικά. Οι μηχανικές ιδιότητες είναι παρόμοιες στις συγκεντρώσεις των αρχικών προσομοιωμένων διαλυμάτων διάβρωσης 20 × και 200 ​​×. Όταν η τιμή pH του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης μειώθηκε στο 3,5, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση των δειγμάτων μειώθηκαν σημαντικά. Όταν η θερμοκρασία αυξηθεί στους 50°C, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση μειώνονται σημαντικά και ο ρυθμός συρρίκνωσης της περιοχής είναι πολύ κοντά στην τυπική τιμή.
Οι μορφολογίες θραύσης των δειγμάτων διάβρωσης υψηλής αντοχής από βίδες 20MnTiB υπό διαφορετικά περιβάλλοντα διάβρωσης φαίνονται στο Σχήμα 4, τα οποία είναι η μακρομορφολογία του θραύσματος, η ζώνη ινών στο κέντρο του θραύσματος, το μικρομορφολογικό χείλος της διατμητικής διεπαφής και η επιφάνεια του δείγματος.
Μακροσκοπικές και μικροσκοπικές μορφολογίες θραύσης δειγμάτων κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB σε διαφορετικά προσομοιωμένα περιβάλλοντα διάβρωσης (500×): (α) καμία διάβρωση· (β) 1 φορά· (γ) 20 ×· (δ) 200 ×· (ε) pH3,5· (στ) pH7,5· (ζ) 50°C.
Από το Σχήμα 4 φαίνεται ότι η θραύση του δείγματος διάβρωσης υψηλής αντοχής με κοχλία 20MnTiB υπό διαφορετικά προσομοιωμένα περιβάλλοντα διάβρωσης παρουσιάζει ένα τυπικό κάταγμα κυπέλλου-κώνου. Σε σύγκριση με το μη διαβρωμένο δείγμα (Σχήμα 4α), η κεντρική περιοχή της ρωγμής στην περιοχή των ινών είναι σχετικά μικρή, η περιοχή του χείλους διάτμησης είναι μεγαλύτερη. Αυτό δείχνει ότι οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού έχουν υποστεί σημαντική ζημιά μετά τη διάβρωση. Με την αύξηση της συγκέντρωσης του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, οι κοιλότητες στην περιοχή των ινών στο κέντρο του σπασίματος αυξήθηκαν και εμφανίστηκαν εμφανείς ραφές σχισίματος. Όταν η συγκέντρωση αυξήθηκε σε 20 φορές μεγαλύτερη από την αρχική προσομοιωμένη λύση διάβρωσης, εμφανίστηκαν εμφανείς κοιλότητες διάβρωσης στη διεπαφή μεταξύ της άκρης του χείλους διάτμησης και της επιφάνειας του δείγματος και υπήρχαν πολλά προϊόντα διάβρωσης στην επιφάνεια.
Από το Σχήμα 3δ συνάγεται ότι υπάρχουν εμφανείς ρωγμές στο στρώμα διάβρωσης στην επιφάνεια του δείγματος, οι οποίες δεν έχουν καλή προστατευτική επίδραση στη μήτρα. Στο προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης με pH 3,5 (Σχήμα 4ε), η επιφάνεια του δείγματος είναι σοβαρά διαβρωμένη και η κεντρική περιοχή των ινών είναι προφανώς μικρή. Υπάρχει μεγάλος αριθμός ακανόνιστων σχισμένων ραφών στο κέντρο της περιοχής των ινών. Με την αύξηση της τιμής pH του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, η ζώνη σχισίματος στην περιοχή των ινών στο κέντρο του θραύσματος μειώνεται, η κοιλότητα μειώνεται σταδιακά και το βάθος της κοιλότητας μειώνεται επίσης σταδιακά.
Όταν η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 50 °C (Εικ. 4g), η περιοχή χείλους διάτμησης του θραύσματος του δείγματος ήταν η μεγαλύτερη, οι κοιλότητες στην κεντρική περιοχή των ινών αυξήθηκαν σημαντικά και το βάθος της κοιλότητας αυξήθηκε επίσης, και η διεπαφή μεταξύ της άκρης του χείλους διάτμησης και της επιφάνειας του δείγματος αυξήθηκε. Τα προϊόντα διάβρωσης και οι κοιλότητες αυξήθηκαν, γεγονός που επιβεβαίωσε την τάση επιδείνωσης της διάβρωσης του υποστρώματος που αντικατοπτρίζεται στο Σχήμα 3f.
Η τιμή pH του διαλύματος διάβρωσης θα προκαλέσει κάποια ζημιά στις μηχανικές ιδιότητες των κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB, αλλά η επίδραση δεν είναι σημαντική. Στο διάλυμα διάβρωσης με pH 3,5, ένας μεγάλος αριθμός κροκιδωτικών ή βελονοειδών προϊόντων διάβρωσης κατανέμεται στην επιφάνεια του δείγματος και το στρώμα διάβρωσης έχει εμφανείς ρωγμές, οι οποίες δεν μπορούν να αποτελέσουν καλή προστασία για το υπόστρωμα. Και υπάρχουν εμφανείς κοιλότητες διάβρωσης και ένας μεγάλος αριθμός προϊόντων διάβρωσης στη μικροσκοπική μορφολογία του κατάγματος του δείγματος. Αυτό δείχνει ότι η ικανότητα του δείγματος να αντιστέκεται στην παραμόρφωση από εξωτερική δύναμη μειώνεται σημαντικά σε όξινο περιβάλλον και ο βαθμός τάσης διάβρωσης λόγω τάσης του υλικού αυξάνεται σημαντικά.
Το αρχικό προσομοιωμένο διάλυμα διάβρωσης είχε μικρή επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων κοχλιών υψηλής αντοχής, αλλά καθώς η συγκέντρωση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης αυξήθηκε σε 20 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του αρχικού προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, οι μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων υπέστησαν σημαντική ζημιά και υπήρχε εμφανής διάβρωση στη μικροδομή του θραύσματος, κοιλότητες, δευτερογενείς ρωγμές και πολλά προϊόντα διάβρωσης. Όταν η συγκέντρωση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης αυξήθηκε από 20 φορές σε 200 φορές την αρχική συγκέντρωση του προσομοιωμένου διαλύματος διάβρωσης, η επίδραση της συγκέντρωσης του διαλύματος διάβρωσης στις μηχανικές ιδιότητες του υλικού εξασθένησε.
Όταν η προσομοιωμένη θερμοκρασία διάβρωσης είναι 25℃, το όριο διαρροής και η αντοχή σε εφελκυσμό των δειγμάτων κοχλιών υψηλής αντοχής 20MnTiB δεν αλλάζουν πολύ σε σύγκριση με τα μη διαβρωμένα δείγματα. Ωστόσο, υπό την προσομοιωμένη θερμοκρασία περιβάλλοντος διάβρωσης των 50°C, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του δείγματος μειώθηκαν σημαντικά, ο ρυθμός συρρίκνωσης της διατομής ήταν κοντά στην τυπική τιμή, το χείλος διάτμησης θραύσης ήταν το μεγαλύτερο και υπήρχαν λακκάκια στην κεντρική περιοχή των ινών. Αυξήθηκε σημαντικά, το βάθος του λάκκου αυξήθηκε, τα προϊόντα διάβρωσης και οι λάκκοι διάβρωσης αυξήθηκαν. Αυτό δείχνει ότι το συνεργιστικό περιβάλλον διάβρωσης σε θερμοκρασία έχει μεγάλη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των κοχλιών υψηλής αντοχής, κάτι που δεν είναι εμφανές σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά πιο σημαντικό όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 50°C.
Μετά την εσωτερική δοκιμή επιταχυνόμενης διάβρωσης που προσομοίαζε το ατμοσφαιρικό περιβάλλον στο Chongqing, η αντοχή σε εφελκυσμό, το όριο διαρροής, η επιμήκυνση και άλλες παράμετροι των μπουλονιών υψηλής αντοχής 20MnTiB μειώθηκαν και προέκυψε εμφανής ζημιά από τάση. Δεδομένου ότι το υλικό βρίσκεται υπό τάση, θα υπάρξει ένα σημαντικό τοπικό φαινόμενο επιτάχυνσης της διάβρωσης. Και λόγω της συνδυασμένης επίδρασης της συγκέντρωσης τάσης και των κοιλοτήτων διάβρωσης, είναι εύκολο να προκληθεί εμφανής πλαστική ζημιά στα μπουλόνια υψηλής αντοχής, να μειωθεί η ικανότητα αντίστασης στην παραμόρφωση από εξωτερικές δυνάμεις και να αυξηθεί η τάση διάβρωσης λόγω τάσης.
Li, G., Li, M., Yin, Y. & Jiang, S. Πειραματική μελέτη ιδιοτήτων κοχλιών υψηλής αντοχής κατασκευασμένων από χάλυβα 20MnTiB σε αυξημένη θερμοκρασία. jaw. Πολιτικός μηχανικός. J. 34, 100–105 (2001).
Hu, J., Zou, D. & Yang, Q. Ανάλυση αστοχίας θραύσης κοχλιών υψηλής αντοχής από χάλυβα 20MnTiB για σιδηροτροχιές. Θερμική επεξεργασία. Metal.42, 185–188 (2017).
Catar, R. & Altun, H. Συμπεριφορά ρωγμών λόγω διάβρωσης λόγω τάσης σε κράματα Mg-Al-Zn υπό διαφορετικές συνθήκες pH με τη μέθοδο SSRT.Open.Chemical.17, 972–979 (2019).
Nazer, AA et al. Επιδράσεις της γλυκίνης στην ηλεκτροχημική συμπεριφορά και τη συμπεριφορά ρωγμών λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης κράματος Cu10Ni σε άλμη μολυσμένη με σουλφίδια. Industrial Engineering.Chemical.reservoir.50, 8796–8802 (2011).
Aghion, E. & Lulu, N. Ιδιότητες διάβρωσης χυτού κράματος μαγνησίου MRI230D σε διάλυμα κορεσμένου με Mg(OH)2 3,5% NaCl. alma mater. character.61, 1221–1226 (2010).
Zhang, Z., Hu, Z. & Preet, MS Επίδραση των ιόντων χλωρίου στη στατική συμπεριφορά και τη συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση του μαρτενσιτικού χάλυβα 9Cr.surf.Technology.48, 298–304 (2019).
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. & Song, B. Συνεργιστική επίδραση του SRB και της θερμοκρασίας στη ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω τάσης του χάλυβα X70 σε τεχνητό διάλυμα θαλάσσιας λάσπης. J. Chin.Socialist Party.coros.Pro.39, 477–484 (2019).
Liu, J., Zhang, Y. & Yang, S. Συμπεριφορά διάβρωσης υπό τάση ανοξείδωτου χάλυβα 00Cr21Ni14Mn5Mo2N σε θαλασσινό νερό.φυσική.take an exam.test.36, 1-5 (2018).
Lu, C. Μελέτη καθυστερημένης θραύσης μπουλονιών υψηλής αντοχής γέφυρας.jaw.Academic school.rail.science.2, 10369 (2019).
Ananya, B. Ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω τάσης σε διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες σε καυστικά διαλύματα. Διδακτορική Διατριβή, Ατλάντα, Τζόρτζια, ΗΠΑ: Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια 137–8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. & Sugimoto, K. Επιδράσεις των συγκεντρώσεων H2SO4 και naci στη ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης ανοξείδωτου χάλυβα SUS304 σε υδατικό διάλυμα H2SO4-NaCl. alma mater.trans.47, 364–370 (2006).
Merwe, JWVD Επίδραση του περιβάλλοντος και των υλικών στη ρωγμάτωση χάλυβα λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης σε διάλυμα H2O/CO/CO2. Inter Milan. J. Koros. 2012, 1-13 (2012).
Ibrahim, M. & Akram A. Επιδράσεις του διττανθρακικού άλατος, της θερμοκρασίας και του pH στην παθητικοποίηση του χάλυβα αγωγών API-X100 σε προσομοιωμένο διάλυμα υπόγειων υδάτων. Στο IPC 2014-33180.
Shan, G., Chi, L., Song, X., Huang, X. & Qu, D. Επίδραση της θερμοκρασίας στην ευαισθησία ρωγμών λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα. coro.be σε αντίθεση με.Technology.18, 42–44 (2018).
Han, S. Συμπεριφορά καθυστερημένης θραύσης που προκαλείται από υδρογόνο σε διάφορους χάλυβες συνδετικών στοιχείων υψηλής αντοχής (Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Kunming, 2014).
Zhao, B., Zhang, Q. & Zhang, M. Μηχανισμός διάβρωσης λόγω τάσης του κράματος GH4080A για συνδετήρες.cross.companion.Hey.treat.41, 102–110 (2020).