1. Teoreetiline test ja analüüs
3-strehviventiilidEttevõtte esitatud näidistest on 2 ventiilid ja 1 on ventiil, mida pole veel kasutatud. A ja B puhul on kasutamata ventiil märgitud halliga. Põhjalik joonis 1. Ventiili A välispind on madal, ventiili B välispind on pind, ventiili C välispind on pind ja ventiili C välispind on pind. Ventiilid A ja B on kaetud korrosioonitoodetega. Ventiilid A ja B on painutuskohtades pragunenud, painde välimine osa on piki ventiili, ventiilirõnga suue B on otsa poole pragunenud ja valge nool ventiili A pinnal pragunenud pindade vahel on märgitud. Eelnevast nähtub, et praod on kõikjal, praod on suurimad ja praod on kõikjal.
Osa sellestrehviventiilA-, B- ja C-proovid lõigati painutusest välja ning pinna morfoloogiat uuriti ZEISS-SUPRA55 skaneeriva elektronmikroskoobiga ja mikropiirkondade koostist analüüsiti EDS-iga. Joonis 2 (a) näitab klapi B pinna mikrostruktuuri. On näha, et pinnal on palju valgeid ja heledaid osakesi (joonisel näidatud valgete nooltega) ning valgete osakeste EDS-analüüs näitab suurt S-sisaldust. Valgete osakeste energiaspektri analüüsi tulemused on näidatud joonisel 2 (b).
Joonistel 2 (c) ja (e) on kujutatud ventiili B pinna mikrostruktuurid. Jooniselt 2 (c) on näha, et pind on peaaegu täielikult kaetud korrosiooniproduktidega ning energiaspektri analüüsi põhjal on korrosiooniproduktide söövitavate elementide hulka peamiselt S, Cl ja O, kusjuures S sisaldus üksikutes positsioonides on suurem ja energiaspektri analüüsi tulemused on näidatud joonisel 2 (d). Jooniselt 2 (e) on näha, et ventiili A pinnal on ventiilirõnga ääres mikropraod. Joonistel 2 (f) ja (g) on kujutatud ventiili C pinna mikromorfoloogiad, pind on samuti täielikult kaetud korrosiooniproduktidega ning söövitavate elementide hulka kuuluvad ka S, Cl ja O, sarnaselt joonisele 2 (e). Pragunemise põhjuseks võib olla pingekorrosioonipragunemine (SCC), mis on näha ventiili pinnal oleva korrosiooniproduktide analüüsi põhjal. Joonisel fig. 2(h) on kujutatud ka ventiili C pinna mikrostruktuur. On näha, et pind on suhteliselt puhas ja EDS-iga analüüsitud pinna keemiline koostis on sarnane vasesulami omaga, mis näitab, et ventiil ei ole korrodeerunud. Kolme ventiili pinna mikroskoopilise morfoloogia ja keemilise koostise võrdlemisel on näha, et ümbritsevas keskkonnas on söövitavaid keskkondi nagu S, O ja Cl.
Ventiili B pragu avati paindekatse abil ja leiti, et pragu ei läbinud kogu ventiili ristlõiget, vaid pragunes tagasipainutuse küljel ja mitte ventiili tagasipainutuse vastasküljel. Murru visuaalne kontroll näitab, et murru värvus on tume, mis viitab korrodeerumisele, ning mõned murru osad on tumedad, mis viitab tõsisemale korrosioonile nendes osades. Ventiili B murdu vaadeldi skaneeriva elektronmikroskoobi all, nagu on näidatud joonisel 3. Joonis 3 (a) näitab ventiili B murru makroskoopilist välimust. On näha, et ventiili lähedal olev välimine murd on kaetud korrosioonitoodetega, mis viitab taas söövitava keskkonna olemasolule ümbritsevas keskkonnas. Energiaspektri analüüsi kohaselt on korrosioonitoodete keemilised komponendid peamiselt S, Cl ja O ning S ja O sisaldus on suhteliselt kõrge, nagu on näidatud joonisel 3 (b). Murru pinda vaadates on leitud, et prao kasvumuster on kristallilise tüübi järgi. Suurema suurenduse korral on pragu vaadeldes näha ka suurt hulka sekundaarseid pragusid, nagu on näidatud joonisel 3(c). Joonisel on sekundaarsed praod tähistatud valgete nooltega. Korrosiooniproduktid ja pragude kasvumustrid pragunemispinnal näitavad taas pingekorrosioonipragunemise tunnuseid.
Ventiili A murdu ei ole avatud, eemaldage ventiili osa (kaasa arvatud pragunenud asend), lihvige ja poleerige ventiili aksiaalset osa ning söövitage FeCl3 (5 g) +HCl (50 ml) + C2H5OH (100 ml) lahusega ning metallograafilist struktuuri ja prao kasvu morfoloogiat vaadeldi Zeiss Axio Observer A1m optilise mikroskoobiga. Joonis 4 (a) näitab ventiili metallograafilist struktuuri, mis on α+β kahefaasiline struktuur ning β on suhteliselt peen ja granuleeritud ning jaotunud α-faasi maatriksile. Prao leviku mustrid ümbermõõduliste pragude juures on näidatud joonisel 4 (a), (b). Kuna praopinnad on täidetud korrosioonitoodetega, on kahe praopinna vaheline vahe lai ja prao leviku mustreid on raske eristada. Hargnemisnähtus. Sellel primaarsel praol täheldati ka palju sekundaarseid pragusid (joonisel tähistatud valgete nooltega), vt joonis 4 (c), ja need sekundaarsed praod levisid piki kiudu. Söövitatud klapiproovi vaadeldi SEM-i abil ja leiti, et peamise praoga paralleelselt oli palju mikropragusid ka teistes kohtades. Need mikropraod tekkisid pinnalt ja laienesid klapi siseküljele. Praod olid hargnenud ja laienesid piki kiudu, vt joonis 4 (c), (d). Nende mikropragude keskkond ja pingeseisund on peaaegu samad, mis peamisel praol, seega võib järeldada, et peamise prao levimisvorm on samuti teradevaheline, mida kinnitab ka klapi B murdumise vaatlus. Prao hargnemise nähtus näitab taas klapi pingekorrosioonipragunemise omadusi.
2. Analüüs ja arutelu
Kokkuvõttes võib järeldada, et klapi kahjustused on põhjustatud SO2 põhjustatud pingekorrosioonist. Pingekorrosiooni tekkimiseks on üldiselt vaja kolme tingimust: (1) pingekorrosioonile tundlikud materjalid; (2) vasesulamitele tundlik söövitav keskkond; (3) teatud pingetingimused.
Üldiselt arvatakse, et puhtad metallid ei kannata pingekorrosiooni all ja kõik sulamid on pingekorrosioonile erineval määral vastuvõtlikud. Messingmaterjalide puhul arvatakse üldiselt, et kahefaasilisel struktuuril on suurem pingekorrosioonitundlikkus kui ühefaasilisel struktuuril. Kirjanduses on teatatud, et kui messingmaterjali Zn-sisaldus ületab 20%, on sellel suurem pingekorrosioonitundlikkus ja mida suurem on Zn-sisaldus, seda suurem on pingekorrosioonitundlikkus. Gaasidüüsi metallograafiline struktuur on antud juhul α+β kahefaasiline sulam ja Zn-sisaldus on umbes 35%, ületades kaugelt 20%, seega on sellel kõrge pingekorrosioonitundlikkus ja see vastab pingekorrosioonipragunemise tekkeks vajalikele materjalitingimustele.
Messingmaterjalide puhul, kui pärast külmtöötlemisdeformatsiooni pingete leevendamist lõõmutamist ei teostata, tekib sobivates pingetingimustes ja söövitavas keskkonnas pingekorrosioon. Pingekorrosiooni tekitav pinge on üldiselt lokaalne tõmbepinge, mida saab rakendada pingena või jääkpingena. Pärast veoautorehvi täispumpamist tekib rehvis oleva kõrge rõhu tõttu õhudüüsi aksiaalsuunas tõmbepinge, mis põhjustab õhudüüsi ümbermõõdulisi pragusid. Rehvi siserõhust tingitud tõmbepinget saab lihtsalt arvutada valemiga σ=pR/2t (kus p on rehvi siserõhk, R on ventiili siseläbimõõt ja t on ventiili seina paksus). Üldiselt ei ole rehvi siserõhust tingitud tõmbepinge aga liiga suur ja jääkpinge mõju tuleks arvesse võtta. Gaasidüüside pragunemiskohad on kõik tagumise painde juures ja on ilmne, et tagumise painde juures on jääkdeformatsioon suur ning seal on jääktõmbepinge. Tegelikult põhjustavad paljudes praktilistes vasesulamist komponentides pingekorrosioonipragunemist harva konstruktsioonipinged ning enamasti on need põhjustatud jääkpingetest, mida ei nähta ja ignoreeritakse. Sellisel juhul on ventiili tagumise painde juures rehvi siserõhu tekitatud tõmbepinge suund kooskõlas jääkpinge suunaga ning nende kahe pinge superpositsioon loob pingetingimuse SCC jaoks.
3. Kokkuvõte ja ettepanekud
Järeldus:
Praguneminerehviventiilon peamiselt põhjustatud SO2 põhjustatud pingekorrosioonist.
Soovitus
(1) Jälgige söövitava keskkonna allikat ümbritsevas keskkonnasrehviventiilja püüdke vältida otsest kokkupuudet ümbritseva söövitava keskkonnaga. Näiteks võib klapi pinnale kanda korrosioonivastase kattekihi.
(2) Külmtöötlemise jääktõmbepinget saab kõrvaldada sobivate protsesside abil, näiteks pingete leevendamise lõõmutamise abil pärast painutamist.
Postituse aeg: 23. september 2022
