Способ испытания металлов на биокоррозионно-механическую прочность в морской воде Советский патент 1991 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к исследованиям металлов на коррозионную стойкость и коррозионно-механическую прочность и может быть использовано при проведении испытаний конструкционных материалов, предназначенных для судостроения, работающих в условиях воздействия биологического фактора.

Известен способ испытаний на коррозионную и коррозиен но-усталостную стойкость стали в море в условиях воздействия биофактора, который состоит в том, что образцы исследуемых металлов размещались

на плавучем стенде в море и в ячейках с коррозионной средой (морская вода) в лаборатории. После предварительной выдержки образцы испытывались в режиме повторно- статического нагружения до полной поломки образца. Длительность предварительной экспозиции была определена временем, необходимым для формирования на поверхности образцов видимого обрастания.

Недостаток известного способа заключается в том, что продолжительность предварительной выдержки до начала усталосто

о ч

ных испытаний выбирается исследователями на основании субъективных критериев относительно ситуации, складывающейся у поверхности образца. Таковыми, например, могут быть внешний вид обрастания, его качественный состав на поверхности образца, приуроченность экспозиции к тому или иному сезону года, других гидрологических и гидрохимических характеристик водной среды. В результате воздействие перечисленных факторов на металл в течение времени неоднозначно, а это дает весьма приблизительные и ьэточные данные о времени, когда 5мофзктор дейсгвит чьмо созывает на металл определенное влияние, исключает воспроизводимость полученных однажды результатов при испытаниях на коррозионно-механическую прочность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, согласно которому коррози- онно-механические испытания проведены после предварительной выдержки в среде, характеризующейся определенными воспроизводимыми параметрами, При осуществлении данного способа предварительная выдержка и испытания на коррозионно-механическую прочность конструкционных материалов проводились в среде, моделирующей условия анаэробиоза, складывающиеся под обрастанием, а именно в условиях, характеризующихся низким окислительно-восстановительным потенциалом от 0 до - 500 мВ (х.с.э), рН, близким к нейтральному, определенным диапазоном значений биохимической активности.

Однако являясь замкнутой системой, приготовленный объем среды, в котором для предварительной выдержки размещен ненапряженный образец металла, в течение времени претерпевает ряд изменений в своей активности как биокоррозионный агент. Для адаптации внесенных в объем минеральной среды из внешней среды живых объектов необходимо какое-то время. Затем постепенно следует усиление активности, что выражается в освоении нового пространства, использовании питательных веществ минеральной среды для успешной жизнедеятельности и, как следствие, увеличение численности гидробионтов. По мере утилизации живым веществом питател ьных веществ, содержащихся в минеральной среде, накопления в объеме, ограниченном испытательной ячейкой, продуктов метаболизма, губительно действующих на производителей, активность среды падает. На всех этих этапах среда и живые организмы действуют на металл неоднозначно. Контроль за изменениями активности среды можно осуществлять различными способами: это и измерение физико-химических параметров -рН, еН, биохимической активности. Можно визуально оценивать изменение цвета среды, определять продукты газообмена и, принимая какое-либо из значений либо их совокупность за отправные, начинать коррозионно-механические испытания. Однако все они служат косвенными показателями возможного влияния среды

на.металл ,агресси вного качества среды и не дают сведений о процессах, вызывающих перестройку структуры либо деструкции ме- ьплч, vw- ощих вполне определенные пост ч , , ю ь , оигожения к металлу

нагрузок.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов и сокращение сроков при испытаниях сталей.

Поставленная цель достигается тем, что

в морскую воду, содержащую живые организмы, помещают ненапряженные образцы испытуемого металла, выдерживают в этой среде, а начало наттче-шя образца определяют с момента появления сигналов акустической эмиссии (АЭ) с его поверхности, после чего образец нагружают и по параметрам, характеризующиг коррозионно-меха- ническую прочность при соответствующих видах нагружения, судят о биокоррозионномеханической прочности исследуемого материала.

На фиг. 1 изображен характер излома (а) и поверхности, примыкающей к излому (б), на образце стали, испытанном на биокоррозионно-механическую прочность во время отсутствия сигналов акустической эмиссии с ненапряженного образца; на фиг. 2 - то же, на образце стали, испытанном на биокоррозионно-механическую прочность в среде с момента появления сигналов акустической эмиссии с ненапряженного образца. Отсутствие на шейке образца зоны сосредоточенной пластической деформации свидетельствует об охрупчивании металла, вызванном проявлением агрессивности биологического фактора испытательной среды,

Способ реализуется следующим образом.

В минеральную среду (аналог естественной морской воды), содержащую ассоциацию микроорганизмов, обитающих в море, помещают ненапряженный образец испытуемого металла, На его поверхности крепится датчик-приемник сигналов АЭ. Выдерживают ненапряженный образец в среде до начала появления сигналов АЭ. С момента появления последних в диапазоне О 2-0,5 МГц прикладывают к образцу требуемые нагрузки - проводят механические испытания.

По параметрам, характеризующим кор- розионно-механическую прочность, при соответствующих видах нагружения судят о биокоррозионно-механической прочности образца исследуемого металла.

Нагружение образца в период, когда металл подвергается агрессивному действию биологически активной среды, что фик- сируется по появлению сигналов АЭ, повышает достоверность получаемых значений биокоррозионно-механической прочности исследуемого материала,

Сокращаются сроки проведения исгш- таний, так как отпадает необходимость использования образцов, различных по длительности сроков выдержки в среде, включающих время, когда среда не проявляет по отношению к металлу свойственной ей на рпределенном этапе развития агрессивности.

Пример. Среду, биологическую основу которой составляют микроорганизмы, обитающие в реальных морских условиях, культивировали в колбах, куда помещались ненапряженные цилиндрические стальные образцы. На поверхности образцов размещали датчики-приемники сигналов АЭ - - (0,2-0,5)-3 с выходом на акустико- эмиссионный АФ-15 прибор и регистрирующий быстродействующий самописец Н338-4. В первые трое суток экспозиции образцов сигналы АЭ не отмечались. Появление сигналов с образцов отмечено по ис- течении 100ч культивирования среды.

В периоды, когда сигналы АЭ с образцов регистрировались и когда они отсутствовали, были проведены испытания образцов в этой же среде растяжением до разрушения. Нагружение осуществляли в двухступенчатом режиме со скоростью деформации на второй ступени е 2 х .

5

10

15 0

5 0 5

0

5

Прочностные характеристики исследуемых образцов представлены в табл. 1 и 2.

Таким образом, появление сигналов АЭ обусловлено агрессивностью среды, вызывающей в стали изменения, существенным образом влияющие на ее коррозионно-ме- ханические свойства. В ходе реализации способа представляется возможным проводить испытания конструкционных материалов в оптимальные сроки и тем самым получать истинную картину механических свойств металла в условиях воздействия биофактора.

Ожидаемый технико-экономический эффект, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, выразится в повышении достоверности результатов и сокращении сроков биокорро- зионно-механических испытаний, так как он позволяет проводить испытания при одних и тех же условиях и обеспечивает оптимальные условия проведения испытаний.

Формула изобретения

Способ испытаний металлов на биокор- розионно-механическую прочность в морской воде, по которому ненагруженный образец испытуемого металла помещают в морскую воду, содержащую исследуемую биологическую среду, при выдержке образца в морской воде контролируют параметр, характеризующий процесс взаимодействия с биологической средой при заданном значении этого параметра проводят механические испытания, по результатам которых судят о биокоррозионно-механической прочности, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения сроков при испытаниях сталей, в качестве параметра, характеризующего процесс взаимодействия образца с биологической средой, выбирают сигналы акустической эмиссии, а механические испытания проводят при наличии сигналов с частотой 0,2-0.5 МГц.

Изобретение относится к исследованиям металлов на коррозионную стойкость и коррозионно-механическую прочность, работающих в условиях воздействия биологического фактора. Реализация способа дает информацию о реакции металла образцов на изменения биологической активности среды. Цель изобретения - повышение достоверности результатов и сокращение сроков биокоррозионно-механических испытаний. Способ предполагает экспозицию ненапряженных образцов испытуемого металла в среде, содержащей живые организмы, и испытания на биокоррозионно-ме- ханическую прочность в этой же среде. Новым для предполагаемого способа является то, что начало биокоррозионно-механических испытаний определяют с момента появления сигналов акустической эмиссии с ненапряженного образца в диапазоне 0,2- 0,5 МГц. 2 ил., 2 табл. С/ с

Таблица 1

Таблица 2

«, в

Pni.f

Фиг2