Техническая документация

Общие требования. Целью ускоренных коррозионных испытаний является контроль и определение коррозионной стойкости металлов, сплавов, металлических и неметаллических неорганических покрытий к агрессивному коррозионному воздействию различных сред, а также выяснение механизма и кинетики коррозионного процесса, установление лимитирующих стадий и факторов, влияющих на скорость коррозии. С помощью ускоренных коррозионных испытаний устанавливается эффективность различных методов защиты материалов от коррозии.
При ускоренных испытаниях проводятся кратковременные эксперименты в условиях более жестких, чем эксплуатационные, что позволяет сделать сравнительную оценку коррозионной стойкости различных материалов или защитных покрытий. Ужесточение условий заключается в повышении температуры или концентрации коррозионно-активной среды или ее агрессивных составляющих. Однако ужесточение не должно приводить к изменению механизма коррозии.
Общие требования к коррозионным испытаниям по ГОСТ 9.905—82.
В зависимости от целей ускоренных испытаний применяют четыре типа образцов в виде пластин, деталей или сборочных единиц (узлы, изделия), макетов изделий или конструкций и самих изделий. В образцах всегда воспроизведены материалы, контакты, форма, технология изготовления, состояние поверхности (вид, толщина и технология получения покрытий самих изделий).
Испытания проводят на плоских образцах прямоугольной формы размерами 150X 100X2 и 100X50X2 мм. Допускается применять образцы другой формы и размеров, площадью не менее 50 см2, подобные деталям и сборочным единицам изделий.
Покрытия, наносимые на образцы, должны соответствовать требованиям ГОСТ 9.301—86, ГОСТ 9.304—84 и другой нормативно-технической документации.
Количество образцов зависит от общей продолжительности испытаний, числа промежуточных съемов, количества образцов, снимаемых с испытаний, и количества контрольных образцов. В установленные программой испытаний сроки от каждого варианта образцов, изготовленных из определенного материала, снимают с испытаний пять образцов. Контрольные образцы и образцы, снятые с испытаний, хранят в условиях, исключающих дальнейшее развитие коррозии.
При проведении ускоренных испытаний для подготовки коррозионной среды применяют химические реактивы квалификации «чистые для анализа» и дистиллированную воду.
Камеры, емкости и другая испытательная аппаратура, а также приспособления для крепления образцов должны быть стойкими к воздействию коррозионной среды и не влиять на результаты испытаний.
Конструкция испытательной аппаратуры должна исключать попадание в камеру солнечного излучения и примесей, содержащихся в атмосфере, а также предупреждать колебания температуры, влияющие на результат испытаний.
Допускаются другие требования к реактивам и испытательной аппаратуре, если это предусмотрено программой испытаний.
Испытания проводят по программе, в которой должны быть описаны:
испытуемый образец и контролируемые свойства, включая химический состав, структуру и другие свойства материалов; средства и технологические особенности противокоррозионной защиты;
цель испытаний (вид и точность информации, которая должна быть получена в результате испытаний);
условия и режим испытаний с характеристикой всех существенных факторов химического и физического воздействия, последовательность и периодичность воздействия и измерений;
методика обработки и оценки результатов испытаний.
При испытаниях отношение объема жидкой коррозионной среды к площади поверхности образцов должно соответствовать реальным условиям эксплуатации. Если это требование не может быть выполнено, то выбирают такое соотношение, при котором параметры, определяющие агрессивность среды, не могут существенно изменяться во время испытаний, или предусматривают в программе испытаний обновление или корректировку среды в процессе испытаний.
Не допускается одновременно испытывать в жидкой коррозионной среде в одном сосуде образцы из разных материалов или образцы с разным покрытием, если это не предусмотрено программой испытаний.
Испытания образцов из различных материалов или с различными покрытиями в газовой среде допускаются в том случае, если все образцы подвергаются одинаковому воздействию и их взаимное влияние исключено или если исследуют возможность такого влияния.
Образцы при испытаниях размещаются таким образом, чтобы они подвергались одинаковому химическому и физическому воздействию, если нет специальных указаний.
Продолжительность испытаний выбирают такой, чтобы можно было однозначно оценить поведение образцов.
Метод оценки результатов зависит от цели испытаний, вида коррозии и выбранных критериев (ГОСТ 9.908— 85 и ГОСТ 9.308—85).
Способ обработки результатов испытаний выбирают в зависимости от конкретного метода испытаний по ГОСТ 27.503—81.
Испытания на атмосферную коррозию. Сущность методов заключается в ускорении коррозионного процесса ужесточением искусственно создаваемых условий, имитирующих воздействие климатических факторов промышленной атмосферы, и получении сравнительных данных по коррозионной стойкости металлов, сплавов и защитной способности покрытий по ГОСТ 9.308—85.
Методы испытаний распространяются на металлы, сплавы, металлические и неметаллические неорганические покрытия.
Методы испытаний не определяют сроков службы покрытий в природных условиях.
Оборудование должно обеспечивать поддержание заданных режимов в рабочем объеме камеры в течение всего времени испытаний автоматически. Испытания по всем методам проводят в специальных камерах объемом не менее 0,3—0,4 м3. Скорость повышения температуры в камере должна быть не более 2 град/мин, а температура поддерживаться с точностью ±2 °С. Для выравнивания параметров режима по объему камеры должна быть предусмотрена циркуляция воздуха со скоростью не более 1 м/с.
Испытания по методу попеременного погружения в электролит проводят на установках типа «коррозионного колеса». Конструкция таких установок должна обеспечивать полное погружение образцов в электролит в вертикальном положении. Объем электролита в ванне устанавливают в зависимости от площади поверхности образца (из расчета 30—50 мл электролита на 1 см2).
Продолжительность испытания устанавливают в программе испытаний в соответствии с требованиями, предъявляемыми к испытуемым образцам. Рекомендуемая продолжительность испытаний 2, 6, 24, 96, 240, 480, 720 ч и т. д.
Образцы перед испытаниями обезжиривают и проводят осмотр.
При осмотре образцов, коррозионное поведение которых оценивают по изменению внешнего вида, отмечают: цвет, блеск поверхности, наличие и местоположение допустимых дефектов по ГОСТ 9.908—85.
Образцы, коррозионное поведение которых оценивают по изменению массы, замеряют для определения площади поверхности, выдерживают в эксикаторе с силикагелью не менее 24 ч и взвешивают с точностью до 0,0001 г или до 0,01 г в зависимости от массы.
Результаты осмотра и взвешивания заносят в протокол.
При испытании по методам II, IV (см. с. 138, 139) образцы в камере устанавливают под углом 15°, по методам N55, А55, СА55 (см. с. 139) — под углом 15—30°, а при испытании другими методами образцы устанавливают вертикально.
Существует два метода испытаний на атмосферную коррозию при повышенных относительной влажности и температуре: без конденсации влаги (метод I) или с периодической ее конденсацией (метод II). Ускорение коррозионного процесса достигается повышением влажности воздуха и температуры без конденсации влаги или с ее периодической конденсацией (ГОСТ 9.308—85).
Образцы в камере подвешивают на нитях или крючках из полимерных материалов; образцы должны занимать не более 15 % объема камеры.
Метод I. В камере устанавливают температуру (40±2) °С или (50± ±2) °С. После прогрева образцов до заданной температуры создают относительную влажность воздуха (93± ±3) %. Заданные значения температуры и относительной влажности воздуха поддерживают постоянными в течение всего времени испытаний.
Метод II. Испытания состоят из нескольких циклов (продолжительностью 24 ч каждый), непрерывно следующих друг за другом. Число циклов устанавливают в программе испытаний.
При первом режиме каждый цикл имеет два режима испытаний. В камере с образцами устанавливают температуру (25+2) °С и относительную влажность не менее 95 % . Температуру в камере повышают до значений (40+ ±2) °С или (55±2) °С в течение 3 ч и поддерживают влажность не менее 95 %, за исключением последних
15 мин, в течение которых она должна быть не менее 90 % . На образцах в этот период должна конденсироваться влага.
При втором режиме в камере поддерживают температуру (40+2) °С или (55+2) °С, а влажность в пределах (93+3) % в течение 12 ч от начала цикла. Затем температуру в камере понижают до (25±2) °С в течение 6 ч, а относительная влажность должна быть не менее 80 %. После этого температуру поддерживают на уровне (25+2) °С и относительную влажность не менее 95 % до конца цикла.
Существует также два метода испытаний при повышенной относительной влажности и температуре и воздействии сернистого газа без конденсации влаги (метод III) или с периодической конденсацией влаги (метод IV). Ускорение коррозионного процесса достигается повышением относительной влажности воздуха и температуры при воздействии сернистого газа без конденсации влаги или с ее периодической конденсацией.
Методы не применяются для испытания никеля и его сплавов, никелевых и хромовых пористых покрытий.
Методы рекомендуется применять для испытаний изделий и покрытий из драгоценных металлов (кроме серебра и его сплавов).
Форму и размеры образцов для испытаний из драгоценных металлов устанавливают в программе испытаний.
Камера с герметичной дверцей должна иметь устройство для ввода газа; устройство для отбора проб и удаления отработанного газа из камеры; газоанализатор.
Поток газо-воздушной смеси в полезном объеме камеры должен обеспечивать трехкратный обмен в час.
Метод III. Образцы помещают в камеру, в которой устанавливают следующий режим испытаний: температура (25+2) °С; относительная влажность (75+5) %; концентрация сернистого газа (75+15) мг/м3. Сернистый газ вводят в камеру сразу после установления заданных значений температуры и относительной влажности. Концентрацию сернистого газа поддерживают постоянной и контролируют.
Метод IV. Испытания являются циклическими с непрерывным следованием циклов с заданными режимами (первым или вторым). Продолжительность цикла 24 ч от начала нагрева закрытой камеры.
При первом режиме после ввода двуокиси серы камеру нагревают за 90 мин до температуры (40±2) °С и поддерживают ее в течение 24 ч, после чего выключают нагрев и сливают из бани воду.
Второй режим: после ввода двуокиси серы камеру нагревают за 90 мин до температуры (40±2) °С и поддерживают эту температуру в течение 8 ч, затем камеру открывают, воду из бани сливают и извлеченные образцы выдерживают в течение 16 ч при температуре помещения и относительной влажности воздуха не более 75 %.
К началу каждого цикла в водяную баню на дне камеры наливают установленное в программе испытаний количество воды, камеру плотно закрывают. Затем в камеру вводят (2± ±0,2) г/м3 сернистого газа.
При испытаниях на атмосферную коррозию используют методы переменного погружения в электролит (метод V) и методы воздействия соляного тумана (метод VI) различных модификаций (N55, А55, СА55).
Метод V. Ускорение коррозионного процесса при этом достигается чередованием погружения образцов в электролит и высушиванием их на воздухе (ГОСТ 9.908—85).
Испытания проводят на установке, расположенной в помещении с температурой (25± 10) °С и относительной влажностью 45—80 % , если программа испытаний не предусматривает других условий.
Образцы периодически погружают в раствор хлористого натрия концентрацией (30±3) г/дм3. Продолжительность пребывания образцов в растворе 10 мин, на воздухе 50 мин. Во время вынужденных перерывов в испытаниях образцы должны находиться на воздухе. Смену раствора проводят через каждые 15 суток испытаний. Уровень раствора в ванне должен поддерживаться постоянным в процессе испытаний.
Магний и его сплавы испытывают при другой концентрации коррозионной среды (ГОСТ 9.019—74*).
Метод VI. Ускорение коррозионного процесса в этом случае достигается повышением температуры окружающей среды и введением во влажную атмосферу нейтрального раствора хлористого натрия (N55), или кислого раствора хлористого натрия (А55), или кислого раствора хлористого натрия и дву хлор истой меди (СА55) по ГОСТ 9.308—85.
Методы не применяются для магния и его сплавов.
Соляной туман в камере образуют распылением растворов, его дисперсность должна быть 1—10 мкм. В камере устанавливают не менее двух сборников осаждающегося соляного тумана.
Образцы помещают в камеру, которую нагревают до температуры (35± ± 2) °С, и подвергают воздействию соляного тумана. Отсчет времени испытаний начинают с момента достижения заданной температуры. Время промежуточных осмотров и других перерывов не включают в общую продолжительность испытаний.
Испытания проводят при непрерывном распылении раствора, нагретого до 35 °С. Повторное применение раствора не допускается.
При методе N5$ приготовленный для распыления раствор хлористого натрия при 25 С должен иметь рН 6,0—7,0.
Метод А55 применяют для определения (контроля) защитных свойств покрытий медь—никель—хром и никель—хром. Применяют метод для испытания металлов и сплавов, если известно, что ускорение коррозионного процесса достигается без изменения его механизма.
К раствору хлористого натрия концентрацией (50±5) г/дм3 добавляют ледяную уксусную кислоту в количестве, необходимом для получения рН 3,0— 3,1 распыляемого раствора при температуре 25 °С.
Метод СА55 применяют для определения (контроля) защитных свойств покрытий медь—никель—хром, никель—хром и анодно-окисных покрытий на алюминии и его сплавах.
К раствору хлористого натрия концентрацией (50гЬ5) г/дм3 добавляют двухлористую медь до концентрации 0,26 г/дм3 и ледяную уксусную кислоту в количестве, необходимом для получения рН 3,0—3,1 распыляемого раствора при температуре 25 °С.
Метод испытаний «Кор-род к о т». Ускорение коррозионного процесса в этом случае достигается повышением температуры и относительной влажности в камере с образцами, покрытыми пастой, содержащей коррозионно-агрессивные соли (ГОСТ 9.308—85).
Метод применяют для определения (контроля) защитных свойств, а также пористости покрытий медь—никель— хром и никель—хром на стали и цинковых сплавах по ГОСТ 9.302—79*.
Пасту наносят на поверхность образца мягкой кистью. Толщина слоя пасты во влажном состоянии должна быть 0,08—0,2 мм. Образцы сушат в течение 1 ч на воздухе при относительной влажности не более 50 % и температуре 18—25 °С. Пасту готовят следующим способом: растворяют в 50. см3 воды 0,035 г азотнокислой меди, 0,165 г хлорного железа и 1,0 г хлористого аммония. В полученный раствор отдельными порциями при помешивании добавляют 30,0 г каолина. Приготовленную суспензию тщательно перемешивают и выдерживают перед нанесением в течение 2 мин.
Высушенные образцы устанавливают в камере так, чтобы покрытые пастой поверхности образцов не соприкасались между собой, а также с деталями камеры.
Испытания проводят при температуре (38±2) °С и относительной влажности воздуха 80—90 % без конденсации влаги.
Продолжительность одного цикла испытания составляет 16 ч. По окончании цикла образцы вынимают из камеры, смывают полностью пасту в холодной проточной воде мягкой щеткой или губкой и осматривают. Перед проведением следующего цикла наносят свежую пасту.
После окончания последнего цикла испытания образцы вынимают и оценивают результаты испытания.
Образцы из цинковых сплавов с покрытиями подвергают визуальному осмотру после каждого удаления пасты.
Стальные образцы с покрытиями осматривают до и после удаления пасты с поверхности.
По окончании испытаний по любому методу образцы извлекают из камеры и оценивают коррозионную стойкость.
Оценка результатов испытаний. Оценку результатов испытаний с помощью изложенных выше методов проводят в соответствии с выбранными критериями (ГОСТ 9.908—85 и ГОСТ 9.909—86): визуально, по изменению массы оптических, электрических и механических свойств, а также по глубине очагов коррозии и т. д.
Визуально оценивают коррозионное поведение покрытий, продукты коррозии которых отличаются по внешнему виду от продуктов коррозии основного металла.
При оценке коррозионной стойкости учитывают очаги коррозии покрытия; при оценке защитной способности — очаги коррозии основного металла.
При осмотре покрытий различают следующие виды коррозионных поражений: точечное поражение — коррозионный очаг размером до 1,5 мм, коррозия пятнами — коррозионный очаг размером более 1,5 мм и вздутия покрытий.
Коррозионную стойкость и защитную способность покрытий оценивают при точечном поражении — по величине частотного показателя коррозии; при коррозионном поражении пятнами и вздутиями — по величине частотного показателя, характеризующего отношение пораженной поверхности к оцениваемой поверхности образца.
Для определения частотного показателя коррозии на образец (поверхностью не менее 50 см2) накладывают пластину из прозрачного материала с нанесенной на нее сеткой, которая делит поверхность на квадраты размером 5X5 мм. При расположении очага коррозии на границе двух квадратов учитывается только один квадрат.
Частотный показатель коррозии (%), где п — число квадратов, имеющих один и более коррозионных очагов; N — общее число квадратов на поверхности образца.
Оценка изменения оптических свойств заключается в сравнении величин относительного коэффициента отражения покрытия до и после испытаний.
По изменению оптических свойств оценивают коррозионную стойкость блестящих покрытий.
Относительный коэффициент отражения (%), где — фототок для испытуемого покрытия, мкА; /0 — фототок для эталона, мкА.
Оценку результатов испытаний по измерению массы проводят следующим образом. Образцы выдерживают в эксикаторе 24 ч, взвешивают и удаляют продукты коррозии. После удаления продуктов коррозии образцы промывают, высушивают, выдерживают 24 ч в эксикаторе и взвешивают. Скорость коррозии [г/(м2-год) или мг/(см2-сут), где ДР — коррозионные потери на образце, г (мг); 5 — поверхность образца, м2 (см2); Т — время испытаний, год (сутки).
Оценку коррозионной стойкости металлов и сплавов рекомендуется производить по ГОСТ 9.908—85.
При равномерной коррозии скорость ее проникновения (мм/год)
П =-10~3 а
где К — скорость коррозии, г/(м2Х Хгод); й — плотность металла, г/см3.
Скорость коррозии в щелях и зазорах [г/(см2 - год) или мг/(см2 – сут.), где 5Ш — площадь поверхности металла в щели или зазоре, м2 (см2).
При расчете скорости коррозии в щелях или зазорах коррозионными потерями с открытых поверхностей образца пренебрегают.
Для образцов, открытые поверхности которых поражены коррозией не менее чем щели или зазоры, указанная формула не применима.
Оценку (измерение) результатов испытаний по глубине очагов коррозии (питтинга, язв, раковин) проводят одним из следующих способов: микроскопом с калибровочным микрометрическим винтом;
индикаторным глубиномером; микроскопом на поперечном шлифе. При осмотре шлифов коррозионную стойкость оценивают по среднему числу очагов коррозии на 10 мм длины шлифа; максимальной глубине очагов коррозии; среднему из пяти наибольших значений глубин очагов коррозии для всех шлифов; среднему значению глубины очагов коррозии из всех значений для всех шлифов.
При расчете допускается пользоваться усредненными значениями указанных величин для обеих сторон образца—лицевой и оборотной.
Испытания на коррозионное растрескивание. Сущность метода заключается в том, что образцы с заданной деформацией или заданной осевой растягивающей нагрузкой подвергают воздействию коррозионной среды.
Устанавливаются два метода испытаний, которые распространяются на алюминиевые и магниевые сплавы без защитных покрытий по ГОСТ 9.019— 74.
Критериями оценки коррозионного растрескивания сплавов являются уровень безопасных напряжений — максимальное напряжение, при котором не происходит разрушение образцов за установленный срок испытаний; время до появления первой визуально обнаруживаемой трещины при испытании на одном уровне напряжений; характер коррозионного разрушения.
Для получения характеристик, регламентируемых в документах на сплавы, используют не менее десяти образцов каждого варианта.
При испытании методом заданной деформации применяют образцы размером 110X15X2,5 мм. Допускается применять образцы толщиной не более 5,0 мм. При технической необходимости допускается применять образцы размером 40X 10 мм и толщиной до 3,0 мм, а также кольцевые образцы высотой 20 мм, диаметром не менее 10 мм с толщиной стенки не более 0,1 внешнего диаметра.
Шероховатость поверхности образцов должна соответствовать шероховатости образцов, находящихся в состоянии поставки или после механической обработки: Ка 2,5 мкм — для круглых образцов^ Ка 1,25 мкм — для плоских образцов.
Образцы из алюминиевых сплавов обезжиривают органическим растворителем и затем травят в 5—10 %-ном растворе едкого натра при температуре 50—60 °С в течение 0,5—2 мин. Далее образцы промывают в проточной воде, осветляют в 30 %-ном растворе азотной кислоты в течение 2—6 мин, вновь промывают в проточной, а затем в дистиллированной воде при температуре 70—90 °С и высушивают.
Образцы из магниевых сплавов с механически необработанной поверхностью зачищают стеклянной шкуркой, затем поверхность образцов протирают тампоном, смоченным этиловым спиртом.
Метод заданной деформации. Заданную деформацию в одноосном напряженном состоянии для плоских или цилиндрических образцов создают специальной скобой по четырехточечной схеме изгиба (рис. 15) под действием изгибающей нагрузки Р.
Стрелу прогиба (мм) вычисляют (с погрешностью не более ±0,02 мм) по формуле  = 0,213, где а — расчетное напряжение, МПа; Е — модуль упругости, МПа; I — расстояние между опорами в скобе, мм; 6 — толщина для плоского образца или внешний диаметр для цилиндрического образца, мм.
Заданную деформацию в сложнонапряженном состоянии (изгиб с кручением) создают по схеме, приведенной на рис. 16, в специальных приспособлениях.
Угол скручивания (в радианах), где т — напряжение кручения, МПа; О — модуль сдвига, МПа.
Испытания основного материала проводят при расчетных напряжениях (а), составляющих определенную долю (К) от предела текучести при растяжении (с0>2).
Для алюминиевых сплавов К принимают равным 1,0; 0,9; 0,75; 0,5 и 0,25; для магниевых сплавов — 0,9; 0,75; 0,5 и 0,25.
При испытаниях на одном уровне напряжений К принимают равным 0,9 для алюминиевых сплавов и 0,75 для магниевых сплавов.
Метод заданной осевой растягивающей нагрузки. Напряжения растяжения создаются на установках или устройствах, обеспечивающих поддержание постоянной нагрузки в течение всего времени испытаний. Растягивающие нагрузки (Н), где 5 — площадь поперечного сечения образца (для сварных соединений по основному металлу), мм2.
При испытании на одном уровне напряжений напряжения принимают равными 0,75 а„12 для алюминиевых сплавов и 0,5 а0,2 для магниевых сплавов. При испытании на нескольких уровнях указанные напряжения принимают за начальные. Следующие значения напряжений последовательно изменяют на 20 МПа.
Испытания алюминиевых сплавов проводят при периодическом погружении образцов в 3%ный раствор хлористого натрия по циклу 10 мин в растворе, 50 мин на воздухе. Температура окружающей среды 18—25 °С.
Испытания магниевых сплавов проводят при периодическом погружении в 0,001 %-ный раствор хлористого натрия по циклу: 10 мин в растворе, 50 мин на воздухе (температура окружающей среды 18—25 °С) и во влажной атмосфере (камере) по двухступенчатому циклу:
1-я ступень — влажность 95—98 %, температура 50 ± 2 °С> выдержка 16 ч;
2-я ступень — влажность 95—98 % , температура 18—25 °С, выдержка 8 ч.
Образцы в камере размещают таким образом, чтобы выпуклая (растянутая) сторона образца была обращена вверх.
Допускается испытывать сплавы методом заданной одноосной растягивающей нагрузки при постоянном погружении образцов в растворы.
Объем раствора составляет не менее 10 мл на 1сма поверхности образца. Смена раствора производится через каждые 15сут испытаний. Раствор по мере испарения доливают дистиллированной водой.
Испытания при периодическом погружении проводят без перерыва в течение заданного времени экспонирования образцов.
Продолжительность испытаний составляет: по методу заданной деформации 90сут — при периодическом и полном погружении, 180сут — при испытании в камере; по методу заданной нагрузки — 45сут.
Допускается увеличивать продолжительность испытаний до 90, 190, 270 и 360сут.
При испытании методом заданной деформации периодически проводят восстановление деформации. Для этого образец полностью разгружают и вновь деформируют на первоначальную стрелу прогиба. Восстановление деформации образцов проводят через 15 и 45сут с момента начала испытаний, а затем через каждые 45сут.
При количестве образцов 10 шт. и более в варианте полученные данные подлежат математической обработке с построением вероятностных кривых в координатах: накопленная вероятность разрушения — время до разрушения.
При количестве образцов в варианте менее 10 шт. определяют только среднее арифметическое время до разрушения (Л) с указанием времени до разрушения первого и последнего образцов.
Дополнительным критерием               при оценке результатов испытаний служит характер коррозионных трещин, определяемый микроскопическим исследованием шлифов.
Плоскость шлифов должна быть перпендикулярна рабочей поверхности образца и параллельна направлению растягивающих напряжений.