1. Teoreettinen testi ja analyysi
KolmestarengasventtiilitYrityksen toimittamista näytteistä kaksi on venttiilejä ja yksi on venttiili, jota ei ole vielä käytetty. A:n ja B:n osalta käyttämätön venttiili on merkitty harmaalla. Kattava kuva 1. Venttiilin A ulkopinta on matala, venttiilin B ulkopinta on pinta, venttiilin C ulkopinta on pinta ja venttiilin C ulkopinta on pinta. Venttiilit A ja B ovat korroosiotuotteiden peitossa. Venttiileissä A ja B on halkeamia mutkissa, mutkan ulkoosa on venttiilin suuntainen, venttiilirenkaan suuaukko B on haljennut päätä kohti ja valkoinen nuoli venttiilin A pinnalla haljenneiden pintojen välissä on merkitty. Yllä olevasta nähdään, että halkeamia on kaikkialla, halkeamat ovat suurimmat ja halkeamia on kaikkialla.
OsarengasventtiiliA-, B- ja C-näytteet leikattiin taivutuksesta, ja pinnan morfologiaa tarkasteltiin ZEISS-SUPRA55-skannauselektronimikroskoopilla ja mikroalueen koostumusta analysoitiin EDS:llä. Kuva 2 (a) esittää venttiilin B pinnan mikrorakenteen. Voidaan nähdä, että pinnalla on paljon valkoisia ja kirkkaita hiukkasia (kuvassa valkoiset nuolet osoittavat), ja valkoisten hiukkasten EDS-analyysissä on korkea S-pitoisuus. Valkoisten hiukkasten energiaspektrianalyysin tulokset on esitetty kuvassa 2 (b).
Kuvat 2 (c) ja (e) esittävät venttiilin B pinnan mikrorakenteita. Kuvasta 2 (c) voidaan nähdä, että pinta on lähes kokonaan korroosiotuotteiden peitossa, ja energiaspektrianalyysin perusteella korroosiotuotteiden syövyttäviin alkuaineisiin kuuluvat pääasiassa S, Cl ja O. S-pitoisuus yksittäisissä asemissa on korkeampi, ja energiaspektrianalyysin tulokset on esitetty kuvassa 2 (d). Kuvasta 2 (e) voidaan nähdä, että venttiilin A pinnalla venttiilirenkaan varrella on mikrohalkeamia. Kuvat 2 (f) ja (g) esittävät venttiilin C pinnan mikromorfologioita. Myös pinta on kokonaan korroosiotuotteiden peitossa, ja syövyttäviä alkuaineita ovat myös S, Cl ja O, samoin kuin kuvassa 2 (e). Halkeilun syynä voi olla jännityskorroosiohalkeilu (SCC) venttiilin pinnalla olevan korroosiotuoteanalyysin perusteella. Kuvassa 2(h) on myös venttiilin C pinnan mikrorakenne. Voidaan nähdä, että pinta on suhteellisen puhdas ja EDS:llä analysoidun pinnan kemiallinen koostumus on samanlainen kuin kupariseoksella, mikä osoittaa, että venttiili ei ole syöpynyt. Vertaamalla kolmen venttiilipinnan mikroskooppista morfologiaa ja kemiallista koostumusta voidaan havaita, että ympäröivässä ympäristössä on syövyttäviä aineita, kuten S, O ja Cl.
Venttiilin B halkeama avattiin taivutuskokeella, ja havaittiin, ettei halkeama lävistänyt koko venttiilin poikkileikkausta, vaan halkeili taivutuksen puolella eikä myöskään venttiilin taivutuksen vastakkaisella puolella. Murtuman silmämääräinen tarkastus osoittaa, että murtuman väri on tumma, mikä osoittaa murtuman syöpymistä, ja jotkut murtuman osat ovat tummia, mikä osoittaa, että korroosio on vakavampaa näissä osissa. Venttiilin B murtumaa tarkasteltiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, kuten kuvassa 3 on esitetty. Kuva 3 (a) esittää venttiilin B murtuman makroskooppisen ulkonäön. Voidaan nähdä, että venttiilin lähellä oleva ulompi murtuma on peittynyt korroosiotuotteisiin, mikä jälleen osoittaa syövyttävien aineiden läsnäoloa ympäröivässä ympäristössä. Energiaspektrianalyysin mukaan korroosiotuotteen kemialliset komponentit ovat pääasiassa S, Cl ja O, ja S- ja O-pitoisuudet ovat suhteellisen korkeita, kuten kuvassa 3 (b) on esitetty. Murtuman pintaa tarkasteltaessa havaitaan, että halkeaman kasvukuvio on kidetyypin mukainen. Suuri määrä sekundaarisia halkeamia voidaan nähdä myös tarkastelemalla murtumaa suuremmilla suurennoksilla, kuten kuvassa 3(c) on esitetty. Sekundääriset halkeamat on merkitty kuvassa valkoisilla nuolilla. Korroosiotuotteet ja halkeamien kasvukuviot murtuman pinnalla osoittavat jälleen jännityskorroosiohalkeilun ominaisuudet.
Venttiilin A murtumaa ei ole avattu, venttiilistä on poistettu osa (mukaan lukien haljennut kohta), venttiilin aksiaalinen osa on hiottu ja kiillotettu. FeCl3 (5 g) +HCl (50 ml) + C2H5OH (100 ml) -liuosta syövytettiin, ja metallografinen rakenne ja halkeaman kasvumorfologia tarkasteltiin Zeiss Axio Observer A1m -optisella mikroskoopilla. Kuva 4 (a) esittää venttiilin metallografista rakennetta, joka on α+β-kaksoisfaasirakenne, ja β on suhteellisen hienojakoinen ja rakeinen ja jakautunut α-faasimatriisiin. Halkeaman etenemiskuviot kehähalkeamissa on esitetty kuvassa 4(a) ja (b). Koska halkeaman pinnat ovat täynnä korroosiotuotteita, kahden halkeaman pinnan välinen rako on leveä, ja halkeaman etenemiskuvioita on vaikea erottaa toisistaan. Haaroittumisilmiö. Tässä primaarisessa halkeamassa havaittiin myös monia sekundaarisia halkeamia (merkitty kuvassa valkoisilla nuolilla), katso kuva 4(c), ja nämä sekundaariset halkeamat etenivät syiden suuntaisesti. Syövytettyä venttiilinäytettä tarkasteltiin SEM-kuvantamisella, ja havaittiin, että siinä oli useita mikrohalkeamia muissa kohdissa, jotka olivat yhdensuuntaisia päähalkeaman kanssa. Nämä mikrohalkeamat olivat peräisin pinnasta ja levisivät venttiilin sisäpuolelle. Halkeamat olivat haarautuneet ja ulottuivat syiden suuntaisesti, katso kuva 4 (c), (d). Näiden mikrohalkeamien ympäristö ja jännitystila ovat lähes samat kuin päähalkeaman, joten voidaan päätellä, että päähalkeaman etenemismuoto on myös rakeiden välinen, mikä vahvistetaan myös venttiilin B murtuman havainnoinnilla. Halkeaman haarautumisilmiö osoittaa jälleen venttiilin jännityskorroosiohalkeilun ominaisuudet.
2. Analyysi ja keskustelu
Yhteenvetona voidaan todeta, että venttiilin vauriot johtuvat SO2:n aiheuttamasta jännityskorroosiohalkeilusta. Jännityskorroosiohalkeilun on yleensä täytettävä kolme ehtoa: (1) jännityskorroosiolle herkät materiaalit; (2) kupariseoksille herkkä syövyttävä väliaine; (3) tietyt jännitysolosuhteet.
Yleisesti uskotaan, että puhtaat metallit eivät kärsi jännityskorroosiosta, ja kaikki seokset ovat alttiita jännityskorroosiolle vaihtelevassa määrin. Messinkimateriaalien osalta yleisesti uskotaan, että kaksifaasirakenteella on suurempi jännityskorroosioherkkyys kuin yksifaasirakenteella. Kirjallisuudessa on raportoitu, että kun messinkimateriaalin Zn-pitoisuus ylittää 20 %, sillä on suurempi jännityskorroosioherkkyys, ja mitä suurempi Zn-pitoisuus, sitä suurempi jännityskorroosioherkkyys. Kaasusuuttimen metallografinen rakenne on tässä tapauksessa α+β-kaksifaasiseos, ja Zn-pitoisuus on noin 35 %, selvästi yli 20 %, joten sillä on korkea jännityskorroosioherkkyys ja se täyttää jännityskorroosiohalkeilulle vaadittavat materiaaliehdot.
Messinkimateriaaleissa, jos kylmämuokkauksen jälkeen ei suoriteta jännityksenpoistohehkutusta, jännityskorroosiota esiintyy sopivissa jännitysolosuhteissa ja syövyttävissä ympäristöissä. Jännityskorroosiohalkeilua aiheuttava jännitys on yleensä paikallinen vetojännitys, joka voi olla kohdistettu jännitys tai jäännösjännitys. Kun kuorma-auton rengas on täytetty, renkaan korkea paine aiheuttaa ilmasuuttimen aksiaalisuunnassa vetojännitystä, joka aiheuttaa ilmasuuttimeen kehämäisiä halkeamia. Renkaan sisäisen paineen aiheuttama vetojännitys voidaan laskea yksinkertaisesti kaavalla σ=p R/2t (jossa p on renkaan sisäpaine, R on venttiilin sisähalkaisija ja t on venttiilin seinämän paksuus). Yleensä renkaan sisäisen paineen aiheuttama vetojännitys ei kuitenkaan ole liian suuri, ja jäännösjännityksen vaikutus on otettava huomioon. Kaasusuuttimien halkeilukohdat ovat kaikki taaksepuristuksessa, ja on selvää, että jäännösmuodonmuutos taaksepuristuksessa on suuri ja siellä on jäännösvetolujuus. Itse asiassa monissa käytännön kupariseoskomponenteissa jännityskorroosiohalkeilu johtuu harvoin suunnittelujännityksistä, ja useimmat niistä johtuvat jäännösjännityksistä, joita ei havaita ja jätetään huomiotta. Tässä tapauksessa venttiilin takataivutuksessa renkaan sisäisen paineen aiheuttaman vetojännityksen suunta on yhdenmukainen jäännösjännityksen suunnan kanssa, ja näiden kahden jännityksen päällekkäisyys muodostaa jännitysehtoja jännityskorroosiohalkeilulle.
3. Johtopäätökset ja ehdotukset
Johtopäätös:
Halkeiluarengasventtiilijohtuu pääasiassa SO2:n aiheuttamasta jännityskorroosiohalkeilusta.
Ehdotus
(1) Jäljitä syövyttävän väliaineen lähde ympäröivästä ympäristöstärengasventtiilija pyri välttämään suoraa kosketusta ympäröivän syövyttävän väliaineen kanssa. Esimerkiksi venttiilin pinnalle voidaan levittää kerros korroosionestoainetta.
(2) Kylmämuokkauksen jäännösvetolujuus voidaan poistaa sopivilla prosesseilla, kuten taivutuksen jälkeisellä jännityksenpoistohehkutuksella.
Julkaisun aika: 23. syyskuuta 2022
