Φ36.2*2 食品级304不锈钢管表面免受外部环境浸蚀如何得到良好的保护
虽然Φ36.2*2 食品级304不锈钢管疲劳与局部范性流变的关系很大,并且总是这种范性流变一经产生疲劳便起始,但其外表面却是最薄弱的区域。其原因很多,但本节只强调以下两点:
(1)由于摩擦或其它的物理交互作用,304不锈钢管表面容易受到机械损伤;
(2)由于表面与接触的环境气氛和液体的化学交互作用会加速疲劳。若要提高304钢管疲劳抗力,则这两种
在真空中运转或在惰性环境中运转时,已经反复证明可使疲劳寿命得到改善。有关对镍基和钴基合金的研究,在文中已作过论述。对钴基合金S -816在真空中改善疲劳寿命的实例。随应力级的高低,其疲劳寿命比在空气中提高了1-3倍,这就说明了隔离大气的潜在好处。
氧和湿气只是疲劳应用中遇到的两种有害环境。在燃气涡轮的应用中,虽然这些成分在燃气中存在,可是,尤其当燃料中的硫含量高时,燃烧产物中甚至存在其它更为有害的组分。当然,如果需用特定的工作流体来中和气氛,可能无能为力。如有可能,应避免特殊破坏组分的数量;如不可能,则采用涂层以对表面进行防护。有关涂层的讨论将在以后介绍。
机械和化学交互作用都应减小到最低限度。本节将讨论保护不锈钢表面免受外部环境浸蚀的几种方法。
环境的中和或隔离:空气特别是空气中的湿气,对许多材料的疲劳是非常有害的环境。大家都知道,铝、铜,钢和镁对大气压力(主要是氧的分压力)和湿度是敏感的。实际上在不同的试验室里,或在同一个试验室的不同季节里,对同一种合金进行疲劳试验而得到的结果出入颇大;这主要就是一种“湿度影响”。验证环境对钢的影响的一些引人注意的结果。图中示出在空气和真空中得到的范性应变与循环寿命的关系。正如参考文献中所谈,一条直线关系是意料中的。可以看出由真空数据划出的线是一直到达四、五百万次循环。但是,对于一个已知的范性应变值来说,在空气中的寿命不仅比在真空中的寿命略低,而且在大约l05循环寿命时便开始偏离直线。材料是304不锈钢管,曲线图是对几种选定的外加应变级环境压力与疲劳寿命的关系。还分别用25和50赫的频率表示了频率的影响。可以看出压力对疲劳寿命有一定的影响,并且压力愈低寿命愈高。但增量不是直线的;在大约10.2~100托处有一个相当明显的突变。再者,频率愈高得到的寿命愈高,频率的最大影响出现在突变压力处。作者根据这些观察指出,所涉及的机理是与存在的氧含量和与氧渗透到疲劳裂纹中所需的时间有关。当氧渗透时,它和裂纹成长时所暴露出的新表面发生化学作用。约在l0.2托以上的所有压力下,氧含量都充足,故再增加压力,寿命降低不多。在低于10PA托的所有压力下,含氧都不充足,故进一步减小压力时寿命亦提不高。可是,在10.2~10.3托范围内,由于氧含量恰好足以渗透裂纹并起作用,所以压力是关键的;而频率也是关键的,因为它控制着达到给定循环次数所需的时间,从而影响着氧渗透所需的时间。
涂层的有益影响扩大到了带有应力集中的材料上,对Φ36.2*2 食品级304不锈钢管的光滑和缺口两种试样,寿命大约增加了一倍。表面涂层的性质,以及它和基体材料的可能的化学或物理的交互作用,当然也要加以考虑。在某些情况下,这种影响可能是有害的,为不同的醇类如何影响高强度钢的疲劳极限。醇类一般分子式对一个给定N值来说,可能有几种原子排列,从而产生分子量相等而化学性能不同的化合物。特别是,如果OH根与一个碳原子结合,又依次只被另一个碳原子结合,这种醇称为第一类醇;如果这个碳原子相应地与其它两个碳原子结合,这种醇称为第二类醇。用在额定应力12.5±4.37千磅/时2下,304不锈钢管的缺口试样的寿命数据绘成的。在空气环境中,这种试样在此种载荷下的寿命超过了107循环数。但在有醇的情况下,寿命可能降到108以下的循环数。脆性程度取决于分子式中的N值(越大,N值越低)并取决于碳配价数(第二类醇比第一类醇大)。参考找到一个有趣的点,即蒸馏水(H20)落在第一类醇和第二类醇竹值为零的两条曲线上时,则水起了第一类醇和第二类醇极限情况的脆化作用。当然,水在304不锈钢管中产生脆化作用是众所周知。湿度对镁合金疲劳的影响,在对铝合金的广泛研究中,也证明了湿度的有害敏感性。