This paper summarizes the achievements of a major research line at tht Materials Science Department of the University of La Coruna (Spain) in the field of environmentally assisted cracking in general and hydrogen degradation in particular. It deals with a materials science approach to the study of corrosion assisted cracking of progressively drawn pearlitic steels for civil engineering use. The approach is based on the fundamental idea of materials science: linking the microstructure of the different steels (progressively oriented as a consequence of the manufacture process by cold drawing) with their macroscopic stress-corrosion behaviour (increasingly anisotropic as the degree of cold drawing increases). The first part of the researth was the metallographic analysis. Attention was paid to the evolution with cold drawing of the two basic microstructural levels: the pearlite colonies (first level) and the pearlitic lamellae (second level). With regard to the first microstructural level, a progressive elongation and orientation of the pearlitic colonies in the cold drawing direction (wire axis) was observed. In hte matter of the second microstructural level, the analysis showed an increasing closeness of packing (with decrease of the interlamellar spacing) and a progressive orientation of the pearlitic lamellar microstructure in the cold drawing direction. Therefore, both pearlite colonies and pearlitic lamellar microstructure tend to align to a direction quasi-parallel to the wire axis as cold drawing proceeds. The second part of the research consisted of a programme of stress corrosion cracking tests under both cathodic and

anodic conditions to promote two very different mechanisms of cracking: hydrogen assisted cracking (HAC) and localized anodic dissolution (LAD). Both types of stress corrosion test confirm that the cold drawn steels exhibit anisotropic behaviour associated with a clear change in crack propagation direction which approaches the wire axis or cold drawing direction. For both regimes (NAC and LAD) there is a strong correlation between the microstructural orientation angles (at the two levels of pearlitic colonies and lamellae) and the propagation angles of the macroscopic crack, which clearly demonstrates the influence of the oriented microstructure - and thus of the manufacture process by increasing cold drawing - on the macroscopic corrosion-assisted behaviour of the steel wires.

Індекс рубрикатора НБУВ: К66-15 + Ж306.22

Рубрики:

Корозія металів. Захист металів від корозії

Міцність матеріалів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж306.2

Рубрики:

Механічні властивості матеріалів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено руйнування зразків з вісесиметричними вирізами з попередньо напруженої сталі після різної величини холодної витяжки дроту. Для цього відібрано сталь після відповідних стадій витяжки. Її інтенсивність чи ступінь деформації (який характеризує границя текучості) взято за основний параметр технологічної обробки матеріалу. На зразках з вирізами різної геометрії проаналізовано роль тривісних напружень. Певну увагу приділено зміні чутливості дроту до вирізу як функції тривісності напружень і границі текучості. На мікрорівні розглянуто зміни, спричинені анізотропією міцності внаслідок холодної витяжки.

З використанням числових методів проаналізовано вплив режиму попереднього циклічного навантаження на зумовлене воднем зростання тріщин у високоміцній сталі з урахуванням напружено-деформованого стану та дифузії водню. Враховуючи вплив великих деформацій, змодельовано пружно-пластичний напружено-деформований стан біля вершини тріщини під циклічним і наступним монотонним навантаженням, а також дифузію водню біля вершини тріщини, з урахуванням еволюції напружено-деформованого стану від післяциклічного стиску до розтягу у ході випробувань під час наводнювання. Показано, що накопичення водню в зоні передруйнування залежить від розподілу залишкових напружень, утворених попереднім циклічним навантаженням.

Проаналізовано вплив розподілу залишкових напружень та деформацій після поверхневої обробки холоднодеформованих сталевих дротів для арматури попередньо напруженого залізобетону на чутливість цих дротів до водневого окрихчення (ВО), яка характерезується часом до руйнування у випробуваннях, згідно з нормами Міжнародної Федерації переднапруження - FIP (Federation Internationale de la Precontrainte). Розроблено розрахункову модель для прогнозування довговічності дротів в агресивних наводнюваних середовищах. У моделі обчислюють нагромадження водню в потенціальних осередках руйнування внаслідок дифузії під впливом напружень та пластичних деформацій (ПД), а також сформульовано критерій критичної концентрації водню, яка визначає момент локального руйнування залежно від напружено-деформованого стану. Це дозволяє прогнозувати вплив специфіки розподілу залишкових напружень і ПД після різних поверхневих обробок на довговічність дротів за умов ВО.

Встановлено, що холоднодеформовані сталеві дроти для арматури попередньо напружених залізобетонів чутливі до водневого окрихчення (ВО) в агресивних середовищах. Залишкові напружено-деформовані стани, які утворюються в цих дротах внаслідок холодного волочіння, відіграють при цьому ключову роль. Зміна цих напружено-деформованих станів через особливості процесу волочіння впливає на роботоздатність дротів під час ВО. На основі числового моделювання холодного волочіння з використанням відмінних фільєрів розглянуто дію вхідного кута фільєра на напружено-деформовані стани в дротах і зроблено висновки про наслідки їх впливів на наводнення дротів в агресивному середовищі і схильність до ВО. Показано, що зменшення вхідного кута фільєра волочіння має позитивний вплив на роботоздатність дротів.

За результатами механічних випроб на повільний розтяг гладких зрізів досліджено зміну характеристик пластичності у повітрі на наводнювальному середовищі прутків з перлітної сталі внаслідок холодного волочіння. Сталь високочутлива до водневого окрихчення на всіх етапах обробки. Виявлено невідповідність між змінами відносних звуження та рівномірного видовження. Одержані результати проаналізовано з виокремленням вкладу опору зародженню і поширенню тріщини. Внаслідок холодного волочіння підвищується чутливість до тріщиноутворення, при цьому опір поширенню тріщини дещо зростає.

Холодне волочіння широко застосовують для надання міцності пруткам перлітної сталі для залізобетонних виробів. При цьому сталь пластично деформується, зростає кількість дефектів, що може знизити її корозійну тривкість. Досліджено вплив холодного волочіння на електрохімічну поведінку перлітної сталі у лужному та нейтральному середовищах. За умов пасивації поверхні в середовищі з рН 12,5 зміну властивостей сталі не зафіксовано. Зниження поляризаційного опору, а отже, корозійної тривкості сталі внаслідок обробки, спостерігали лише в околі потенціалу корозії у розчині NaCl.

Досліджено закономірності механічної поведінки арматурних прутків з перлітної сталі, зміцнених холодним волочінням, за їх повільного розтягу у лужному середовищі, яке моделює рідину в порах бетону. Схильність сталі до водневого окрихчення проявляється за наводнювання під час навантаження за потенціалу нижче -1,1 V. За інтенсифікації катодної поляризації максимальне напруження до руйнування, а також видовження зразків знижуються, суттєвіше за нижчої швидкості деформування. Проаналізовано фрактографічні відмінності зламів зразків на повітрі та в середовищі за наводнювання і обговорено вплив на їх руйнування поверхневих дефектів.