ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS แบบจำกัด เพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีรูปแบบและ JavaScript
เหล็กกล้า 20MnTiB เป็นวัสดุสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปฏิบัติการอย่างปลอดภัยของสะพาน จากการตรวจสอบสภาพแวดล้อมในบรรยากาศในฉงชิ่ง การศึกษานี้ได้ออกแบบสารละลายกัดกร่อนโดยจำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิ่ง และดำเนินการทดสอบการกัดกร่อนจากความเครียดของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงโดยจำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิ่ง ผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองที่มีต่อ ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนของความเค้นของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB
เหล็กกล้า 20MnTiB เป็นวัสดุสลักเกลียวความแข็งแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับสะพานโครงสร้างเหล็กในประเทศของฉัน และประสิทธิภาพของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานสะพานอย่างปลอดภัย Li et al.1 ทดสอบคุณสมบัติของเหล็กกล้า 20MnTiB ที่ใช้กันทั่วไปในสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเกรด 10.9 ในช่วงอุณหภูมิสูงที่ 20~700 ℃ และรับเส้นโค้งความเค้น-ความเครียด ความแข็งแรงคราก ความต้านทานแรงดึง โมดูลัสของ Young และการยืดตัวและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว Zhang et al.2, หู และคณะ3 ฯลฯ ผ่านการทดสอบองค์ประกอบทางเคมี การทดสอบคุณสมบัติทางกล การทดสอบโครงสร้างจุลภาค การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์และกล้องจุลทรรศน์ของพื้นผิวเกลียว และผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าสาเหตุหลักของการแตกหักของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงนั้นเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องของเกลียว และการเกิดข้อบกพร่องของเกลียว ความเข้มข้นของความเค้นที่มาก ความเข้มข้นของความเครียดที่ปลายรอยแตก และสภาวะการกัดกร่อนในที่โล่งล้วนนำไปสู่การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด
สลักเกลียวความแข็งแรงสูงสำหรับสะพานเหล็กมักจะใช้เป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้นสูง อุณหภูมิสูง และการตกตะกอนและการดูดซึมของสารที่เป็นอันตรายในสิ่งแวดล้อมสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนของโครงสร้างเหล็กได้ง่าย การกัดกร่อนอาจทำให้หน้าตัดของสลักเกลียวแรงสูงสูญเสีย ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องและรอยร้าวมากมาย และข้อบกพร่องและรอยร้าวเหล่านี้จะยังคงขยายตัว ซึ่งจะช่วยลดอายุการใช้งานของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงและแม้กระทั่งทำให้สลักหัก เป็นการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนในสิ่งแวดล้อมต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนของความเค้นของวัสดุ Catar et al4 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะผสมแมกนีเซียมที่มีปริมาณอะลูมิเนียมต่างกันในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ด่าง และเป็นกลางโดยการทดสอบความเครียดแบบช้า (SSRT) Abdel et al.5 ศึกษาพฤติกรรมการแตกร้าวด้วยไฟฟ้าเคมีและการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะผสม Cu10Ni ในสารละลาย NaCl 3.5% ต่อหน้าซัลไฟด์ไอออนที่มีความเข้มข้นต่างกัน Aghion et al.6 ประเมินการกัดกร่อน ประสิทธิภาพของแมกนีเซียมอัลลอยด์หล่อขึ้นรูป MRI230D ในสารละลาย NaCl 3.5% โดยการทดสอบการแช่ การทดสอบสเปรย์เกลือ การวิเคราะห์โพเทนทิโอไดนามิกโพลาไรเซชัน และ SSRT Zhang et al.7 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนของความเค้นของเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก 9Cr โดยใช้ SSRT และเทคนิคการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแบบดั้งเดิม และได้ผลของคลอไรด์ไอออนต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบคงที่ของเหล็กมาร์เทนซิติกที่อุณหภูมิห้อง Chen et al.8 ศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเครียดและกลไกการแตกร้าวของ เหล็กกล้า X70 ในสารละลายโคลนทะเลจำลองที่มี SRB ที่อุณหภูมิต่างกันโดย SSRT.Liu et al.9 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิและอัตราความเครียดแรงดึงต่อการต้านทานการกัดกร่อนจากความเครียดในน้ำทะเลของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในช่วง 35~65℃ ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิม Lu et al.10 ประเมินความไวต่อการแตกหักแบบหน่วงเวลาของตัวอย่างที่มีเกรดความต้านทานแรงดึงต่างกันโดยการทดสอบการแตกหักแบบหน่วงเวลาโหลดตายและ SSRT แนะนำว่าควรควบคุมความต้านทานแรงดึงของเหล็กกล้า 20MnTiB และสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเหล็กกล้า 35VB ที่ 1040-1190MPa อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สารละลาย NaCl 3.5% อย่างง่ายเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน ในขณะที่สภาพแวดล้อมการใช้งานจริงที่มีความแข็งแรงสูง สลักเกลียวมีความซับซ้อนและมีปัจจัยที่มีอิทธิพลหลายประการ เช่น ค่า pH ของสลักเกลียว อนัญญา และคณะ11 ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอร์สิ่งแวดล้อมและวัสดุในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนต่อการกัดกร่อนและการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ Sunada et al.12 ทำการทดสอบการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดที่อุณหภูมิห้องบนเหล็ก SUS304 ในสารละลายน้ำที่มี H2SO4 (0-5.5 kmol/m-3) และ NaCl (0-4.5 kmol/m-3) นอกจากนี้ยังศึกษาผลกระทบของ H2SO4 และ NaCl ต่อประเภทการกัดกร่อนของเหล็ก SUS304 Merwe et al.13 ใช้ SSRT เพื่อศึกษาผลกระทบของทิศทางการหมุน อุณหภูมิ ความเข้มข้นของ CO2/CO ความดันก๊าซ และเวลาการกัดกร่อนต่อการกัดกร่อนจากความเครียด การยอมรับของเหล็กภาชนะรับความดัน A516 การใช้สารละลาย NS4 เป็นสารละลายจำลองน้ำใต้ดิน Ibrahim และคณะ14 ตรวจสอบผลกระทบของพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความเข้มข้นของไอออนไบคาร์บอเนต (HCO) ค่า pH และอุณหภูมิต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของท่อส่งเหล็ก API-X100 หลังจากลอกผิวเคลือบออก Shan et al.15 ศึกษากฎการแปรผันของความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 00Cr18Ni10 ที่มีอุณหภูมิภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่างกัน (30~250℃) ภายใต้สภาวะของสื่อน้ำสีดำในโรงงานจำลองถ่านหินเป็นไฮโดรเจนโดย SSRT.Han et al.16 ระบุลักษณะความไวการแตกตัวของไฮโดรเจนของตัวอย่างสลักเกลียวความแข็งแรงสูงโดยใช้การทดสอบการแตกหักแบบหน่วงเวลาโหลด และ SSRT.Zhao17 ศึกษาผลกระทบของ ค่า pH, SO42-, Cl-1 ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะผสม GH4080A โดย SSRT ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่ายิ่งค่า pH ต่ำลง ความต้านทานการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะผสม GH4080A ยิ่งแย่ลง มีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเครียดต่อ Cl-1 อย่างเห็นได้ชัด และไม่ไวต่อสื่อ SO42-ionic ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับผลกระทบของการกัดกร่อนต่อสิ่งแวดล้อมบนสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเหล็กกล้า 20MnTiB
เพื่อค้นหาสาเหตุของความล้มเหลวของสลักเกลียวแรงสูงที่ใช้ในสะพาน ผู้เขียนได้ทำการศึกษาหลายชุด เราเลือกตัวอย่างสลักเกลียวแรงสูง และสาเหตุของความล้มเหลวของตัวอย่างเหล่านี้ได้รับการพิจารณาจากมุมมองขององค์ประกอบทางเคมี สัณฐานวิทยาระดับจุลภาคที่แตกหัก โครงสร้างโลหะและการวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกล19, 20 จากการตรวจสอบสภาพแวดล้อมในบรรยากาศในฉงชิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการออกแบบรูปแบบการกัดกร่อนที่จำลองสภาพอากาศชื้นของฉงชิ่ง การทดลองการกัดกร่อน การทดลองการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า และการทดสอบความล้าจากการกัดกร่อนของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงในสภาพอากาศชื้นจำลองในเมืองฉงชิ่ง ในการศึกษานี้ ได้มีการตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อนต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ผ่านการทดสอบคุณสมบัติทางกล การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์และการแตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์ และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนพื้นผิว
ฉงชิ่งตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของจีน บริเวณต้นน้ำลำธารของแม่น้ำแยงซี และมีภูมิอากาศแบบมรสุมกึ่งเขตร้อนชื้น อุณหภูมิเฉลี่ยต่อปีอยู่ที่ 16-18°C ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยต่อปีส่วนใหญ่อยู่ที่ 70-80% ชั่วโมงแสงแดดต่อปีอยู่ที่ 1,000-1400 ชั่วโมง และเปอร์เซ็นต์แสงแดดอยู่ที่ 25-35% เท่านั้น
ตามรายงานที่เกี่ยวข้องกับแสงแดดและอุณหภูมิแวดล้อมในฉงชิ่งตั้งแต่ปี 2015 ถึง 2018 อุณหภูมิเฉลี่ยรายวันในฉงชิ่งต่ำถึง 17°C และสูงถึง 23°Cอุณหภูมิสูงสุดบนตัวสะพานของสะพานเฉาเทียนเหมินในฉงชิ่งสูงถึง 50°C °C21,22 ดังนั้น ระดับอุณหภูมิสำหรับการทดสอบการกัดกร่อนจากความเครียดจึงตั้งไว้ที่ 25°C และ 50°C
ค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลองกำหนดปริมาณของ H+ โดยตรง แต่ไม่ได้หมายความว่ายิ่งค่า pH ต่ำ จะเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายขึ้น ผลของค่า pH ต่อผลลัพธ์ที่ได้จะแตกต่างกันไปตามวัสดุและสารละลายต่างๆ เพื่อศึกษาผลกระทบของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อนของความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงได้ดียิ่งขึ้น ค่า pH ของการทดลองการกัดกร่อนจากความเครียดถูกตั้งค่าเป็น 3.5, 5.5 และ 7.5 ร่วมกับงานวิจัยทางวรรณกรรม23 และช่วงค่า pH ของน้ำฝนประจำปีในฉงชิ่ง ing.2010 ถึง 2018.
ยิ่งความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองสูงขึ้นเท่าใด ปริมาณไอออนในสารละลายกัดกร่อนจำลองก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของวัสดุมากขึ้นเท่านั้น เพื่อศึกษาผลกระทบของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองต่อการกัดกร่อนของความเค้นของสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง การทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งในห้องปฏิบัติการประดิษฐ์ได้เกิดขึ้นจริง และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองถูกตั้งค่าไว้ที่ระดับ 4 โดยไม่มีการกัดกร่อน ซึ่งเป็นความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม (1x), 20 เท่าของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม (20x) และ 200 เท่าของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อน (200 ×)
สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ 25 ℃ ค่า pH 5.5 และความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิมนั้นใกล้เคียงที่สุดกับสภาพการใช้งานจริงของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงสำหรับสะพาน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้กระบวนการทดสอบการกัดกร่อนเร็วขึ้น สภาวะการทดลองที่มีอุณหภูมิ 25 °C ค่า pH 5.5 และความเข้มข้น 200 เท่าของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิมถูกตั้งค่าเป็นกลุ่มควบคุมอ้างอิงเมื่อผลกระทบของอุณหภูมิ ความเข้มข้น หรือค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลอง ประสิทธิภาพการกัดกร่อนของความเค้นของสลักเกลียวแรงสูงถูกตรวจสอบตามลำดับ ปัจจัยอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งใช้เป็นระดับการทดลองของกลุ่มควบคุมอ้างอิง
ตามการบรรยายสรุปคุณภาพสิ่งแวดล้อมในบรรยากาศปี 2010-2018 ที่ออกโดยสำนักนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อมเทศบาลนครฉงชิ่ง และอ้างอิงถึงองค์ประกอบของปริมาณน้ำฝนที่รายงานใน Zhang24 และเอกสารอื่นๆ ที่รายงานในฉงชิ่ง สารละลายจำลองการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับการเพิ่มความเข้มข้นของ SO42- ได้รับการออกแบบ องค์ประกอบของหยาดน้ำฟ้าในเขตเมืองหลักของฉงชิ่งในปี 2017 องค์ประกอบของสารละลายกัดกร่อนจำลองแสดงในตารางที่ 1:
สารละลายกัดกร่อนจำลองเตรียมด้วยวิธีสมดุลความเข้มข้นของไอออนเคมีโดยใช้รีเอเจนต์เชิงวิเคราะห์และน้ำกลั่น ค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลองได้รับการปรับด้วยเครื่องวัดค่า pH ความแม่นยำ สารละลายกรดไนตริก และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์
เพื่อจำลองสภาพอากาศชื้นในฉงชิ่ง เครื่องทดสอบสเปรย์เกลือจึงได้รับการดัดแปลงและออกแบบเป็นพิเศษ25ดังแสดงในรูปที่ 1 อุปกรณ์การทดลองมีสองระบบ: ระบบสเปรย์เกลือและระบบแสงสว่าง ระบบสเปรย์เกลือเป็นหน้าที่หลักของอุปกรณ์การทดลองซึ่งประกอบด้วยส่วนควบคุม ส่วนสเปรย์ และส่วนเหนี่ยวนำ หน้าที่ของส่วนสเปรย์คือการปั๊มละอองเกลือเข้าไปในห้องทดสอบผ่านเครื่องอัดอากาศ ส่วนเหนี่ยวนำประกอบด้วยองค์ประกอบการวัดอุณหภูมิซึ่งจะตรวจจับอุณหภูมิในการทดสอบ ห้องทดสอบส่วนควบคุมประกอบด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อส่วนสเปรย์และส่วนเหนี่ยวนำเพื่อควบคุมกระบวนการทดลองทั้งหมด ระบบไฟถูกติดตั้งในห้องทดสอบสเปรย์เกลือเพื่อจำลองแสงแดด ระบบแสงสว่างประกอบด้วยหลอดอินฟราเรดและตัวควบคุมเวลา ในเวลาเดียวกัน มีการติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิในห้องทดสอบสเปรย์เกลือเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิรอบ ๆ ตัวอย่างตามเวลาจริง
ตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นภายใต้ภาระคงที่ได้รับการประมวลผลตามมาตรฐาน NACETM0177-2005 (การทดสอบในห้องปฏิบัติการของการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์และความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะในสภาพแวดล้อม H2S) ตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเครียดได้รับการทำความสะอาดครั้งแรกด้วยอะซิโตนและการทำความสะอาดเชิงกลแบบอัลตราโซนิกเพื่อขจัดคราบน้ำมัน จากนั้นทำให้แห้งด้วยแอลกอฮอล์และทำให้แห้งในเตาอบ จากนั้นใส่ตัวอย่างที่สะอาดเข้าไปในห้องทดสอบของอุปกรณ์ทดสอบสเปรย์เกลือเพื่อจำลองสถานการณ์การกัดกร่อนในฮัม ตามมาตรฐาน NACETM0177-2005 และมาตรฐานการทดสอบสเปรย์เกลือ GB/T 10,125-2012 เวลาในการทดสอบการกัดกร่อนของความเค้นโหลดคงที่ในการศึกษานี้กำหนดไว้อย่างสม่ำเสมอที่ 168 ชั่วโมง การทดสอบแรงดึงดำเนินการกับตัวอย่างการกัดกร่อนภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกันบนเครื่องทดสอบแรงดึงสากล MTS-810 และวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกลและสัณฐานวิทยาการกัดกร่อนแตกหัก
รูปที่ 1 แสดงสัณฐานวิทยาในระดับมหภาคและระดับจุลภาคของการกัดกร่อนพื้นผิวของตัวอย่างการกัดกร่อนของความเค้นโบลต์ความแข็งแรงสูงภายใต้สภาวะการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน 2 และ 3 ตามลำดับ
สัณฐานวิทยาในระดับมหภาคของตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน: (a) ไม่มีการกัดกร่อน;(ข) 1 ครั้ง;(ค) 20 ×;(ง) 200 ×;(จ) pH3.5;(ฉ) pH 7.5;(ช) 50°ซ.
สัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (100x): (a) 1 ครั้ง;(ข) 20 ×;(ค) 200 ×;(ง) pH3.5;(จ) pH7 .5;(ฉ) 50°ซ.
จะเห็นได้จากรูปที่ 2a ว่าพื้นผิวของชิ้นงานโบลต์แรงสูงที่ไม่สึกกร่อนจะมีความมันวาวแบบโลหะสว่างโดยไม่มีการกัดกร่อนที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม (รูปที่ 2b) พื้นผิวของตัวอย่างถูกปกคลุมบางส่วนด้วยผลิตภัณฑ์กัดกร่อนสีแทนและสีน้ำตาลแดง และบางพื้นที่ของพื้นผิวยังคงมีความมันวาวของโลหะอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งบ่งชี้ว่าพื้นที่บางส่วนของพื้นผิวตัวอย่างเท่านั้นที่ถูกสึกกร่อนเล็กน้อย และสารละลายกัดกร่อนจำลองไม่มีผลกระทบต่อพื้นผิวของชิ้นงาน ตัวอย่างคุณสมบัติของวัสดุมีผลเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม 20 × (รูปที่ 2c) พื้นผิวของชิ้นงานโบลต์ความแข็งแรงสูงถูกปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยผลิตภัณฑ์กัดกร่อนสีแทนจำนวนมากและการกัดกร่อนสีน้ำตาลแดงจำนวนเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์ไม่พบความแวววาวของโลหะที่เห็นได้ชัด และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำจำนวนเล็กน้อยใกล้กับพื้นผิวของพื้นผิว และภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม 200 × (รูปที่ 2d) พื้นผิวของตัวอย่างถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาล และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลดำจะปรากฏในบางพื้นที่
เนื่องจากค่า pH ลดลงเหลือ 3.5 (รูปที่ 2e) ผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่มีสีน้ำตาลจะอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างมากที่สุด และผลิตภัณฑ์กัดกร่อนบางส่วนก็ถูกขัดออก
รูปที่ 2g แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C สารกัดกร่อนสีน้ำตาล-แดงบนพื้นผิวของตัวอย่างจะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่สารกัดกร่อนสีน้ำตาลสว่างปกคลุมพื้นผิวของตัวอย่างเป็นบริเวณกว้าง ชั้นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนค่อนข้างหลวม และผลิตภัณฑ์สีน้ำตาล-ดำบางส่วนถูกลอกออก
ดังแสดงในรูปที่ 3 ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างการกัดกร่อนของความเค้นโบลต์ความแข็งแรงสูง 20MnTiB จะหลุดลอกออกอย่างเห็นได้ชัด และความหนาของชั้นการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลอง ภายใต้สภาวะของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม (รูปที่ 3a) ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกเป็นสองชั้น: ชั้นนอกสุดของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนมีการกระจายเท่า ๆ กัน แต่มีรอยแตกจำนวนมากปรากฏขึ้น ;ชั้นในเป็นกลุ่มของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนหลวมๆ ภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม 20 เท่า (รูปที่ 3b) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกเป็นสามชั้น: ชั้นนอกสุดเป็นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนแบบกลุ่มที่กระจายตัวเป็นหลัก ซึ่งหลวมและมีรูพรุน และไม่มีประสิทธิภาพการป้องกันที่ดีชั้นกลางเป็นชั้นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่สม่ำเสมอ แต่มีรอยแตกที่เห็นได้ชัด และไอออนกัดกร่อนสามารถผ่านรอยแตกและกัดกร่อนพื้นผิวได้ชั้นในเป็นชั้นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยร้าวที่ชัดเจน ซึ่งมีผลในการป้องกันพื้นผิวได้ดี ภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม 200 เท่า (รูปที่ 3c) ชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่างสามารถแบ่งออกเป็นสามชั้น: ชั้นนอกสุดเป็นชั้นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่บางและสม่ำเสมอชั้นกลางเป็นการกัดกร่อนรูปกลีบดอกและเกล็ดเป็นส่วนใหญ่ ชั้นในเป็นชั้นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่หนาแน่นโดยไม่มีรอยแตกและรูที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีผลป้องกันที่ดีบนพื้นผิว
ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 3 ว่าในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่ค่า pH 3.5 มีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่จับตัวเป็นก้อนหรือคล้ายเข็มจำนวนมากบนพื้นผิวของชิ้นงานโบลต์แรงสูง 20MnTiB สันนิษฐานว่าผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็น γ-FeOOH และ α-FeOOH จำนวนเล็กน้อยที่สอดประสานกัน26 และชั้นการกัดกร่อนมีรอยแตกที่เห็นได้ชัด
ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 3f ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C ไม่พบชั้นสนิมที่หนาแน่นภายในโครงสร้างของชั้นการกัดกร่อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีช่องว่างระหว่างชั้นการกัดกร่อนที่อุณหภูมิ 50 °C ซึ่งทำให้พื้นผิวไม่ได้รับการปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยผลิตภัณฑ์กัดกร่อนให้การป้องกันต่อแนวโน้มการกัดกร่อนของพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น
คุณสมบัติทางกลของสลักเกลียวแรงสูงภายใต้การกัดกร่อนของความเค้นโหลดคงที่ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนต่างกันแสดงในตารางที่ 2:
จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างโบลต์แรงสูง 20MnTiB ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานหลังจากการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งความเร็วแบบแห้งและเปียกในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน แต่มีความเสียหายบางอย่างเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อน ที่ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม คุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ที่ความเข้มข้น 20x หรือ 200x ของสารละลายจำลอง การยืดตัวของตัวอย่างลดลง อย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติเชิงกลจะคล้ายกันที่ความเข้มข้นของสารละลายจำลองการกัดกร่อน 20 × และ 200 ×ดั้งเดิม เมื่อค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลองลดลงเหลือ 3.5 ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของตัวอย่างจะลดลงอย่างมาก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 50°C ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวจะลดลงอย่างมาก และอัตราการหดตัวของพื้นที่จะใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานมาก
สัณฐานวิทยาการแตกหักของตัวอย่างการกัดกร่อนของความเค้นโบลต์ความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่แตกต่างกันแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งเป็นสัณฐานวิทยามหภาคของการแตกหัก โซนเส้นใยที่อยู่ตรงกลางของการแตกหัก ริมฝีปากทางสัณฐานวิทยาระดับจุลภาคของส่วนต่อประสานแรงเฉือน และพื้นผิวของตัวอย่าง
สัณฐานวิทยาการแตกหักแบบมหภาคและระดับจุลภาคของตัวอย่างโบลต์ความแข็งแรงสูง 20MnTiB ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกัน (500 ×): (a) ไม่มีการกัดกร่อน;(ข) 1 ครั้ง;(ค) 20 ×;(ง) 200 ×;(จ) pH3.5;(ฉ) pH7.5;(ช) 50°ซ.
ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 4 ว่าการแตกหักของตัวอย่างการกัดกร่อนของความเค้นโบลต์ความแข็งแรงสูง 20MnTiB ภายใต้สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนจำลองที่แตกต่างกันนั้นแสดงถึงการแตกหักแบบกรวยถ้วยโดยทั่วไปเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ผ่านการสึกกร่อน (รูปที่ 4a) พื้นที่ส่วนกลางของรอยร้าวบริเวณเส้นใยมีขนาดค่อนข้างเล็ก, พื้นที่ขอบเฉือนมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสมบัติเชิงกลของวัสดุได้รับความเสียหายอย่างมากหลังจากการกัดกร่อน ด้วยการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลอง หลุมในพื้นที่เส้นใยตรงกลางของการแตกหักเพิ่มขึ้น และรอยฉีกขาดที่เห็นได้ชัดปรากฏขึ้น เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นถึง 20 เท่าของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม หลุมการกัดกร่อนที่ชัดเจนปรากฏขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างขอบขอบเฉือนกับพื้นผิวของตัวอย่าง และมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมากบนพื้นผิว ตัวอย่าง
จากรูปที่ 3 อนุมานได้ว่ามีรอยแตกที่เห็นได้ชัดในชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของตัวอย่าง ซึ่งไม่มีผลในการป้องกันที่ดีต่อเมทริกซ์ในสารละลายจำลองการกัดกร่อนที่มีค่า pH 3.5 (รูปที่ 4e) พื้นผิวของตัวอย่างสึกกร่อนอย่างรุนแรง และเห็นได้ชัดว่าบริเวณเส้นใยตรงกลางมีขนาดเล็กมีรอยฉีกขาดจำนวนมากที่ใจกลางของพื้นที่เส้นใยด้วยการเพิ่มค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจำลอง บริเวณที่ฉีกขาดในบริเวณเส้นใยตรงกลางของการแตกหักจะลดลง หลุมจะค่อยๆ ลดลง และความลึกของหลุมก็ลดลงเช่นกัน
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 50 °C (รูปที่ 4 ก.) พื้นที่ขอบเฉือนของการแตกหักของตัวอย่างจะมีขนาดใหญ่ที่สุด หลุมในพื้นที่เส้นใยส่วนกลางเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และความลึกของหลุมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และส่วนต่อประสานระหว่างขอบขอบเฉือนและพื้นผิวตัวอย่างเพิ่มขึ้นผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและหลุมเพิ่มขึ้น ซึ่งยืนยันแนวโน้มการกัดกร่อนของพื้นผิวที่ลึกขึ้นดังแสดงในรูปที่ 3f
ค่า pH ของสารละลายกัดกร่อนจะทำให้สมบัติเชิงกลของสลักเกลียวแรงสูง 20MnTiB เสียหาย แต่ผลกระทบนั้นไม่มีนัยสำคัญ ในสารละลายกัดกร่อนที่ค่า pH 3.5 มีผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนแบบตกตะกอนหรือคล้ายเข็มจำนวนมากกระจายอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่าง และชั้นการกัดกร่อนมีรอยแตกที่เห็นได้ชัด ซึ่งไม่สามารถป้องกันพื้นผิวได้ดี และมีหลุมการกัดกร่อนที่เห็นได้ชัดและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนจำนวนมากในสัณฐานวิทยาระดับจุลภาคของการแตกหักของตัวอย่าง ซึ่งแสดงให้เห็น ความสามารถของตัวอย่างในการต้านทานการเสียรูปโดยแรงภายนอกจะลดลงอย่างมากในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และระดับของแนวโน้มการกัดกร่อนจากความเครียดของวัสดุจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
สารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิมมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างสลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง แต่เนื่องจากความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าของสารละลายกัดกร่อนจำลองดั้งเดิม สมบัติเชิงกลของตัวอย่างเสียหายอย่างมาก และมีการกัดกร่อนที่เห็นได้ชัดในโครงสร้างจุลภาคที่แตกหักหลุม รอยแตกทุติยภูมิ และผลิตภัณฑ์กัดกร่อนจำนวนมาก เมื่อความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเพิ่มขึ้นจาก 20 เท่าเป็น 200 เท่าของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนจำลองเดิม ผลของความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อนต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุจะลดลง
เมื่ออุณหภูมิการกัดกร่อนจำลองอยู่ที่ 25 ℃ ความแข็งแรงครากและความต้านทานแรงดึงของชิ้นงานโบลต์แรงสูง 20MnTiB จะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่ไม่สึกกร่อน อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาพแวดล้อมจำลองการกัดกร่อนที่อุณหภูมิ 50°C ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของตัวอย่างลดลงอย่างมีนัยสำคัญ อัตราการหดตัวของส่วนใกล้เคียงกับค่ามาตรฐาน ขอบเฉือนแตกหักมีขนาดใหญ่ที่สุด และมีรอยบุ๋มในบริเวณเส้นใยส่วนกลางS เพิ่มขึ้นอย่างมาก ความลึกของหลุมเพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์กัดกร่อนและหลุมกัดกร่อนเพิ่มขึ้น สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมในการกัดกร่อนที่เสริมฤทธิ์กันของอุณหภูมิมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติเชิงกลของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง ซึ่งไม่ชัดเจนที่อุณหภูมิห้อง แต่จะมีความสำคัญมากกว่าเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 50 °C
หลังจากการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งความเร็วในร่มจำลองสภาพแวดล้อมในฉงชิ่ง ความต้านทานแรงดึง ความแข็งแรงคราก การยืดตัว และพารามิเตอร์อื่นๆ ของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง 20MnTiB ลดลง และเกิดความเสียหายจากความเครียดอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากวัสดุอยู่ภายใต้ความเครียด จะเกิดปรากฏการณ์การเร่งการกัดกร่อนเฉพาะที่อย่างมีนัยสำคัญ และเนื่องจากผลรวมของความเข้มข้นของความเครียดและหลุมการกัดกร่อน จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้พลาสติกเสียหายอย่างเห็นได้ชัดกับสลักเกลียวความแข็งแรงสูง ลดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปจากแรงภายนอก และ เพิ่มแนวโน้มของการกัดกร่อนของความเค้น
Li, G., Li, M., Yin, Y. & Jiang, S. การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของสลักเกลียวแรงสูงที่ทำจากเหล็กกล้า 20MnTiB ที่อุณหภูมิสูง.ขากรรไกร.วิศวกรรมโยธา.J.34, 100–105 (2544).
Hu, J., Zou, D. & Yang, Q. การวิเคราะห์ความล้มเหลวของการแตกหักของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงเหล็กกล้า 20MnTiB สำหรับราง การอบชุบด้วยความร้อน Metal.42, 185–188 (2017)
Catar, R. & Altun, H. ความเครียด พฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของโลหะผสม Mg-Al-Zn ภายใต้สภาวะ pH ที่แตกต่างกันโดยวิธี SSRT.Open.Chemical.17, 972–979 (2019)
Nazer, AA และคณะ ผลของไกลซีนต่อพฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของเคมีไฟฟ้าและความเครียดของโลหะผสม Cu10Ni ในน้ำเกลือที่ปนเปื้อนซัลไฟด์ วิศวกรรมอุตสาหการ Chemical.reservoir.50, 8796–8802 (2011)
Aghion, E. & Lulu, N. คุณสมบัติการกัดกร่อนของแมกนีเซียมอัลลอยด์หล่อขึ้นรูป MRI230D ใน Mg(OH)2-saturated 3.5% NaCl solution.alma mater.character.61, 1221–1226 (2010)
Zhang, Z., Hu, Z. & Preet, MS อิทธิพลของคลอไรด์ไอออนต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนแบบสถิตและความเครียดของ 9Cr martensitic steel.surf.Technology.48, 298–304 (2019)
Chen, X., Ma, J., Li, X., Wu, M. & Song, B. ผลเสริมฤทธิ์กันของ SRB และอุณหภูมิต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็ก X70 ในสารละลายโคลนทะเลเทียม J.Chin.Socialist Party.coros.Pro.39, 477–484 (2019)
Liu, J., Zhang, Y. & Yang, S. พฤติกรรมการกัดกร่อนของความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิม 00Cr21Ni14Mn5Mo2N ในน้ำทะเล ฟิสิกส์ทำข้อสอบ test.36, 1-5 (2018)
Lu, C. การศึกษาการแตกหักแบบล่าช้าของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงของสะพาน สะพานขากรรไกรAcademic school.rail.science.2, 10369 (2019)
Ananya, B. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ในสารละลายโซดาไฟ วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก, Atlanta, GA, สหรัฐอเมริกา: สถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจีย 137–8 (2008)
Sunada, S., Masanori, K., Kazuhiko, M. & Sugimoto, K. ผลกระทบของความเข้มข้นของ H2SO4 และ naci ต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิม SUS304 ใน H2SO4-NaCl aqueous solution.alma mater.trans.47, 364–370 (2006)
Merwe, JWVD อิทธิพลของสภาพแวดล้อมและวัสดุต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กในสารละลาย H2O/CO/CO2.Inter Milan.J.กยศ. 2555, 1-13 (2555).
Ibrahim, M. & Akram A. ผลกระทบของไบคาร์บอเนต อุณหภูมิ และ pH ต่อการทู่ของท่อเหล็ก API-X100 ในสารละลายน้ำใต้ดินจำลอง ใน IPC 2014-33180
Shan, G., Chi, L., Song, X., Huang, X. & Qu, D. ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ซึ่งตรงกันข้ามกับ.Technology.18, 42–44 (2018)
Han, S. พฤติกรรมการแตกหักล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจนของเหล็กยึดความแข็งแรงสูงหลายชนิด (Kunming University of Science and Technology, 2014)
Zhao, B., Zhang, Q. & Zhang, M. กลไกการกัดกร่อนของความเค้นของโลหะผสม GH4080A สำหรับ fasteners.cross.companion.Hey.treat.41, 102–110 (2020)