1. Proba teórica e análise
Dos 3válvulas de pneumáticosDas mostras proporcionadas pola empresa, 2 son válvulas e 1 é unha válvula que aínda non se usou. Para A e B, a válvula que non se usou está marcada en gris. Figura 1 completa. A superficie exterior da válvula A é pouco profunda, a superficie exterior da válvula B é a superficie, a superficie exterior da válvula C é a superficie e a superficie exterior da válvula C é a superficie. As válvulas A e B están cubertas de produtos de corrosión. As válvulas A e B están rachadas nas curvas, a parte exterior da curva está ao longo da válvula, a boca do anel da válvula B está rachada cara ao extremo e a frecha branca entre as superficies rachadas na superficie da válvula A está marcada. Do anterior, as rachaduras están por todas partes, as rachaduras son as máis grandes e as rachaduras están por todas partes.
Unha sección doválvula de pneumáticoAs mostras A, B e C foron cortadas da curva, e a morfoloxía superficial observouse cun microscopio electrónico de varrido ZEISS-SUPRA55, e a composición da microárea analizouse con EDS. A figura 2 (a) mostra a microestrutura da superficie da válvula B. Pódese observar que hai moitas partículas brancas e brillantes na superficie (indicadas polas frechas brancas na figura), e a análise EDS das partículas brancas ten un alto contido de S. Os resultados da análise do espectro de enerxía das partículas brancas móstranse na figura 2 (b).
As figuras 2 (c) e (e) son as microestruturas superficiais da válvula B. Na figura 2 (c) pódese ver que a superficie está case totalmente cuberta por produtos de corrosión, e os elementos corrosivos dos produtos de corrosión mediante análise do espectro de enerxía inclúen principalmente S, Cl e O, o contido de S en posicións individuais é maior e os resultados da análise do espectro de enerxía móstranse na figura 2 (d). Na figura 2 (e) pódese ver que hai microfendas ao longo do anel da válvula na superficie da válvula A. As figuras 2 (f) e (g) son as micromorfoloxías superficiais da válvula C, a superficie tamén está completamente cuberta por produtos de corrosión, e os elementos corrosivos tamén inclúen S, Cl e O, de xeito similar á figura 2 (e). A razón da fenda pode ser a fenda por corrosión baixo tensión (SCC) a partir da análise dos produtos de corrosión na superficie da válvula. A figura 2(h) tamén mostra a microestrutura superficial da válvula C. Pódese observar que a superficie está relativamente limpa e que a composición química da superficie analizada por EDS é similar á da aliaxe de cobre, o que indica que a válvula non está corroída. Ao comparar a morfoloxía microscópica e a composición química das tres superficies da válvula, móstrase que hai medios corrosivos como S, O e Cl no ambiente circundante.
A fenda da válvula B abriuse mediante a proba de flexión e comprobouse que a fenda non penetraba en toda a sección transversal da válvula, senón que estaba fendida no lado da curvatura posterior e non fendida no lado oposto á curvatura posterior da válvula. A inspección visual da fractura mostra que a cor da fractura é escura, o que indica que a fractura foi corroída, e algunhas partes da fractura son de cor escura, o que indica que a corrosión é máis grave nestas partes. A fractura da válvula B observouse cun microscopio electrónico de varrido, como se mostra na Figura 3. A Figura 3 (a) mostra o aspecto macroscópico da fractura da válvula B. Pódese ver que a fractura exterior preto da válvula foi cuberta por produtos de corrosión, o que indica de novo a presenza de medios corrosivos no ambiente circundante. Segundo a análise do espectro de enerxía, os compoñentes químicos do produto de corrosión son principalmente S, Cl e O, e os contidos de S e O son relativamente altos, como se mostra na Fig. 3 (b). Ao observar a superficie da fractura, obsérvase que o patrón de crecemento da fenda é ao longo do tipo cristalino. Tamén se pode observar un gran número de gretas secundarias observando a fractura a maiores aumentos, como se mostra na Figura 3(c). As gretas secundarias están marcadas con frechas brancas na figura. Os produtos de corrosión e os patróns de crecemento de gretas na superficie da fractura mostran de novo as características da gretación por corrosión baixo tensión.
Se a fractura da válvula A non se abriu, retire unha sección da válvula (incluíndo a posición gretada), esmérese e pula a sección axial da válvula e use unha solución de FeCl3 (5 g) +HCl (50 mL) + C2H5OH (100 mL) para gravala, e observouse a estrutura metalográfica e a morfoloxía do crecemento das gretas cun microscopio óptico Zeiss Axio Observer A1m. A figura 4 (a) mostra a estrutura metalográfica da válvula, que ten unha estrutura bifásica α+β, e β é relativamente fina e granular e está distribuída na matriz de fase α. Os patróns de propagación das gretas nas gretas circunferenciais móstranse na figura 4(a), (b). Dado que as superficies das gretas están cheas de produtos de corrosión, o espazo entre as dúas superficies das gretas é amplo e é difícil distinguir os patróns de propagación das gretas. Fenómeno de bifurcación. Tamén se observaron moitas gretas secundarias (marcadas con frechas brancas na figura) nesta greta primaria, véxase a figura 4(c), e estas gretas secundarias propagáronse ao longo do gran. A mostra da válvula gravada observouse mediante microscopía electrónica de varrido (SEM) e comprobouse que había moitas microfisuras noutras posicións paralelas á fisura principal. Estas microfisuras orixináronse na superficie e expandíronse cara ao interior da válvula. As fisuras tiñan bifurcación e estendíanse ao longo da veta, véxase a Figura 4 (c), (d). O ambiente e o estado de tensión destas microfisuras son case os mesmos que os da fisura principal, polo que se pode inferir que a forma de propagación da fisura principal tamén é intergranular, o que tamén se confirma coa observación da fractura da válvula B. O fenómeno de bifurcación da fisura mostra de novo as características da fisuración por corrosión por tensión da válvula.
2. Análise e debate
En resumo, pódese deducir que os danos da válvula están causados pola corrosión baixo tensión causada polo SO2. A corrosión baixo tensión xeralmente debe cumprir tres condicións: (1) materiais sensibles á corrosión baixo tensión; (2) medio corrosivo sensible ás aliaxes de cobre; (3) certas condicións de tensión.
Crese xeralmente que os metais puros non sofren corrosión por tensión e que todas as aliaxes son susceptibles á corrosión por tensión en distintos graos. No caso dos materiais de latón, crese xeralmente que a estrutura bifásica ten unha maior susceptibilidade á corrosión por tensión que a estrutura monofásica. Na literatura informouse de que cando o contido de Zn no material de latón supera o 20 %, ten unha maior susceptibilidade á corrosión por tensión e, canto maior sexa o contido de Zn, maior será a susceptibilidade á corrosión por tensión. A estrutura metalográfica da boquilla de gas neste caso é unha aliaxe bifásica α+β e o contido de Zn é de aproximadamente o 35 %, superando con creces o 20 %, polo que ten unha alta sensibilidade á corrosión por tensión e cumpre as condicións materiais necesarias para a fisuración por corrosión por tensión.
Para os materiais de latón, se non se realiza un recocido de alivio de tensión despois da deformación por traballo en frío, producirase corrosión por tensión en condicións de tensión axeitadas e en ambientes corrosivos. A tensión que causa a fisuración por corrosión por tensión é xeralmente unha tensión de tracción local, que pode ser tensión aplicada ou tensión residual. Despois de inflar o pneumático do camión, xerarase unha tensión de tracción ao longo da dirección axial da boquilla de aire debido á alta presión no pneumático, o que provocará fisuras circunferenciais na boquilla de aire. A tensión de tracción causada pola presión interna do pneumático pódese calcular simplemente segundo σ=p R/2t (onde p é a presión interna do pneumático, R é o diámetro interior da válvula e t é o grosor da parede da válvula). Non obstante, en xeral, a tensión de tracción xerada pola presión interna do pneumático non é demasiado grande e débese ter en conta o efecto da tensión residual. As posicións de fisuración das boquillas de gas están todas na curvatura posterior, e é obvio que a deformación residual na curvatura posterior é grande e hai unha tensión de tracción residual alí. De feito, en moitos compoñentes prácticos de aliaxe de cobre, a corrosión por tensión raramente se produce por tensións de deseño, e a maioría delas débense a tensións residuais que non se ven e se ignoran. Neste caso, na curva traseira da válvula, a dirección da tensión de tracción xerada pola presión interna do pneumático é consistente coa dirección da tensión residual, e a superposición destas dúas tensións proporciona a condición de tensión para o SCC.
3. Conclusión e suxestións
Conclusión:
O rachamento doválvula de pneumáticoestá causada principalmente pola corrosión por tensión causada polo SO2.
Suxestión
(1) Localizar a orixe do medio corrosivo no ambiente que rodea oválvula de pneumáticoe intente evitar o contacto directo co medio corrosivo circundante. Por exemplo, pódese aplicar unha capa de revestimento anticorrosivo á superficie da válvula.
(2) A tensión residual de tracción da deformación en frío pódese eliminar mediante procesos axeitados, como o recocido de alivio de tensión despois da flexión.
Data de publicación: 23 de setembro de 2022
