Дослідження впливу ультразвуку на корозійно механічне ізнаш

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ДОСЛІДЖЕННЯ Вплив ультразвуку на корозійно-механічне зношування

Як показали дослідження [1], вплив ультразвуку на корозійно-механічне зношування, що представляє собою корозійне руйнування поверхні металу при одночасному накладення механічних впливів (питомого навантаження і швидкості ковзання), складається з цілого ряду чинників. Ультразвукові коливання в силу своїх специфічних особливостей можуть істотно впливати на швидкість дифузійних процесів, а також на структуру пасивуючих шарів, що перешкоджають руйнування металу. У більшості робіт спостерігалася інтенсифікація дифузійних процесів у залозі під дією ультразвуку великої потужності [2]. Характер впливу ультразвуку і причини прискорення дифузії під його впливом ще не пояснені. Автори роботи [3] пов'язують вплив ультразвуку на структуру пасивуючих шарів з порушенням суцільності плівки в слідстві впливу на поверхню пасивного металу утворюються в розчині кавітаційних порожнин. У науковій літературі мало уваги приділялося експериментальних розробок щодо з'ясування впливу ультразвуку на корозійно-механічне руйнування сталей.
У даній роботі проводиться аналіз впливу механічного навантаження та акустичної емісії на швидкість корозійно-механічного руйнування стали у водному розчині сірчаної кислоти. Взаємний вплив різних чинників на мікрорівні ускладнює вивчення корозійно-механічних процесів. Одним з методів, що використовуються в терті і знос, є розгляд впливу окремих факторів на швидкість сумарного процесу.
У наших експериментах застосовувалася сталевий дріт (сталь У8А). Спочатку, для зняття поверхневих напруг і дефектів, що виникають при витяжці, дріт відпалювали у вакуумі (10 -3 торр) при температурі 760 О С протягом двох годин, потім охолоджували її до кімнатної температури. Безпосередньо перед зануренням в реактор дріт витримували протягом 5-10 сек в концентрованої азотної кислоти і промивали дистильованою водою. В якості водного електроліту використовувалася сірчана кислота хімічно чиста.
Для вивчення кінетики взаємодії сталі з водним розчином сірчаної кислоти використовували омічний метод, який полягав у вимірі електричного опору зразка дроту за допомогою електронного вольтметра при його розчиненні в результаті корозійно-механічного руйнування.
Установка для дослідження процесів розчинення металу (рис.1) складалася з реакційної осередку спеціальної конструкції (2), вимірювальної схеми, що забезпечує безперервну реєстрацію електроопору растворяемого зразка і системи збудження ультразвукових коливань. Реакційна осередок представляла собою скляну посудину з трьома отворами, в якому підтримувалася задається температура за допомогою термостата, і була забезпечена електромагнітної мішалкою (1), частота обертання якої визначалася за допомогою електронного тахометра ТЕ-7 і варіювалася в межах від 900 до 1200 об / хв. Механічне навантаження дроту реєструвалося за допомогою динамометра, приєднаного до одного кінця дроту; інший кінець прикріплювався до мікрометричного гвинта. Водний розчин кислоти, попередньо нагрітий до температури експерименту заливали в реактор при включеній мішалці. Вимірювальна схема складалася з електронного вольтметра В7-34А (9).
Система збудження ультразвукових коливань частотою 125 кГц включала генератор синусоїдальних сигналів RFT 03005 (11), підсилювач потужності LV-103 RFT (12), осцилограф С1-112А (10) і акустичний хвилевід з п'єзокерамічним кристалом (5).
Вибір частоти пояснюється її виявленням в спектрі акустичних коливань (100-140 кГц).
Експериментальні дослідження складалися з трьох частин: розрахунку енергії активації за рівнянням Арреніуса; аналізу впливу механічних навантажень на процес розчинення металевих зразків та аналізу впливу ультразвуку на швидкість корозії сталі.
Для визначення енергії активації процесу розчинення сталі в сірчаної кислоті були проведені експерименти при різних температурах електроліту (50, 60, 70, 80 О С). Залежність швидкості корозії ( ) Від температури виражається рівнянням виду [4]:
, (1)
- Швидкість досліджуваного процесу розчинення сталі, г см -2 хв -1; - Предекспоненціальний множник залежить від механічних властивостей матеріалу; Е - енергія активації; Т - термодинамічна температура, 0 К; R - універсальна газова стала, Дж / ​​моль К.
Енергія активації визначалася із залежності константи швидкості від температури. Для цього (1) представляли так:
, (2)
Відкладаючи на графіку (рис.2) експериментальні значення по осі ординат і 1 / Т по осі абсцис, одержуємо серію крапок, що лежать в межах точності експерименту на одній прямій. Тангенс кута нахилу цієї прямої дорівнює (E / R), поділеному на ставлення масштабів по осі ординат і осі абсцис.
Отже, E = R tg , Помноженому на ставлення масштабів по осі ординат і осі абсцис. Похибка при розрахунках енергії активації становила ± 1,5 ккал / моль.
Для вивчення впливу механічного навантаження на корозійне поведінку металу була проведена серія експериментів в інтервалі прикладаються навантажень від 70 Н до 100 Н. Попередні експерименти в більш широкому діапазоні механічних навантажень показали, що при накладенні навантажень більш до 100 Н відбувається пластична деформація дроту і механохімічний ефект монотонно збільшується. Додаток навантажень понад 100 Н призводило до розриву дроту. З даних, представлених у таблиці, випливає, що при збільшенні навантаження до 100 Н відбувається зниження енергії активації на 3,9 ккал / моль, у порівнянні з вихідною енергією активацією (без навантаження).
На підставі отриманих даних було запропоновано емпіричне рівняння для розрахунку залежності ефективної енергії активації від прикладеного навантаження:
Е АКТ = Е Про АКТ - До е. Р, (3)
Е АКТ - ефективна енергія активації корозійно-механічного зношування; Е Про АКТ - енергія активації процесу без механічного навантаження; Р - прикладене навантаження, МПа; До е - емпіричний коефіцієнт, отриманий в результаті обробки експериментальних даних. У наших дослідженнях коефіцієнт склав До е = 0,995 в інтервалі навантажень (70 - 100 МПа).
Із метою вивчення впливу ультразвукового впливу на швидкість корозії на модельній системі проводилися експерименти без механічного навантаження на дріт. і при одночасному накладення статичної навантаження величиною 70 Н. З табличних даних випливає, що при окремому вплив ультразвуку на систему швидкість корозії зростає, але в меншому ступені, ніж під впливом тільки механічного навантаження. Одночасний вплив ультразвуку та механічного навантаження призводить до збільшення швидкості корозії і зниження енергії активації до 15,7 ккал / моль.
Таким чином, дослідження кінетичних закономірностей корозійно-механічного поводження модельної системи сталь У8А - сірчана кислота показали, що накладення механічного навантаження та ультразвуку підвищує швидкість корозійно-механічного руйнування металу, причому при одночасному впливі навантаження та ультразвуку досягається максимальне збільшення швидкості корозійно-механічного руйнування і відбувається зменшення енергії активації процесу. Розрахунок залежності ефективної енергії активації процесу від прикладеного навантаження з достатнім ступенем точності можна проводити по емпіричному рівнянню (3).

ЛІТЕРАТУРА
1. Алтухов В.К., Маршак І.М. Вивчення кінетики електрохімічних реакцій в ультразвуковому полі. / / Нові методи дослідження корозії металів, М.: Наука, 1973. С.183-188.
2. Абрамов О.В. Електрохімічні та електрофізичні методи обробки, НДІ МАШ, 1969. N5-6. С.77.
3. Кукоз Ф.І., Скалозуб М.Ф. / / Праці Новочеркаського політехнічного інституту. Роботи кафедри фізики, 1959. Т. 73. С.137.
4. Кнорре Д.Г., Крилова Л.Ф., Музикантів В.С. Фізична хімія. М., 1981. 326с.

Додаток

Рис. 1. Схема експериментальної установки: 1 - електромагнітна мішалка, 2 - дротовий зразок; 3 - термостатіруемая реакційна осередок; 4 - термометр, 5 - акустичний хвилевід з п'єзокерамічним кристалом; 6 - реакційна середовище; 7 - затиск тестера механічних випробувань; 8 - пробка з кислотостійкої гуми ; 9 - вольтметр; 10 - осцилограф; 11 - генератор; 12 - підсилювач.

Рис.2. Залежність швидкості корозії сталі в сірчаної кислоти від температури: 1 - без навантаження; 2 - навантаження 70Н; 3 - навантаження 100Н; 4 - без навантаження плюс ультразвук, 5 - навантаження 70Н плюс ультразвук

Таблиця.
Енергетичні характеристики процесу
Вплив на зразок
Стаціонарна швидкість, м см -2 хв -1
Е АКТ
ккал / моль
Предекспо-ненту.
температура експерименту, О С
50
60
70
80
-
0,444
1,134
2,734
6,008
21
1,2 10 вересня
70 Н
0,707
1,672
3,247
7,242
17,4
4,4 10 липня
100 Н
0,939
2,011
3,469
8,762
16; 9
3,7 10 липня
Ультразвук
0,629
1,662
2,998
6,795
17,4
4,6 10 липня
70 Н і ультразвук
1,106
2,457
5,267
10,028
15,7
2,4 10 липня
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Стаття
37.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Дослідження впливу ультразвуку на корозійно-механічне зношування
Механічне обладнання кар`єрів
Дослідження впливу факторів макросередовища на конюнктуру ринку
Дослідження впливу корпоративної культури на діяльність підприємства
Дослідження впливу модульованого за інтенсивністю світла на фотохімічнівластивості органічної та
Дослідження впливу конфлікту на соціум на прикладі студентської групи
Дослідження впливу емоційного стресу на психофункціональні стан підлітків
Дослідження впливу водню на мікроструктуру сплавів на основі заліза
Дослідження впливу трис 2 карбамоілетіл аміну на ініціювання полімеризації акриламіду
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru