Аналіз корозійних та корозійно-механічних руйнувань конструкційних матеріалів і розробка антикорозійного захисту технологічного обладн

Ограждения (обмуровка). Все внутренние объемы печи – пекарная и топочная камеры, каналы (газоходы) и другие теплопередающие системы отделяются от окружающего пространства стенами и перекрытиями, которые называются ограждениями.

В зависимости от конструкции печи ограждения выполняются из кирпича или металлических панелей с засыпкой изоляционным материалом. Последние представляют собой коробку, стены которой изготавливают из листовой стали толщиной 1…2 мм, а между стенами засыпается изоляционный материал. Наружная облицовка стен некоторых печей выполняется из листового алюминия.

Для кладки стен печи, каналов и топочной камеры применяют красный строительный кирпич I-го сорта марок 150 и 125, размером 250*120*65 мм, шамотный огнеупорный кирпич, тугоплавкий или гжельский кирпич размером 250*123*65 мм. Кладка стены печи выполняется в 2,5; 2; 1,5; 1 и ½ красного кирпича с перевязкой. В качестве связующего раствора в пекарных камерах применяют раствор из цемента, жирного известкового теста и песка в соотношении 1 : 1 : 6 (по объему). При кладке наружной обмуровки газоходов из красного кирпича используют раствор из красной глины, а при футеровке их шамотным кирпичом – из огнеупорной глины и шамотного порошка.

Толщина шаров раствора при кладке стен из красного кирпича должна быть (мм): при кладке стен пекарной камеры на сложном растворе – 7, на глиняном растворе – 5; при кладке сводов на сложном растворе – 5 и на глиняном растворе – 3. толщина швов при кладке и футеровке стен и сводов из огнеупорного кирпича должна быть не менее 2…3 мм.

При кладке печей из кирпича и изготовлении панелей применяют следующие термоизоляционные материалы: шлаковую вату, инфузорную землю (трепел, кизельгур, диатомит), молотый шлак, золу, золонит, асбест, асбестовый картон, асбозурит и асботермит.

Учитывая, что кирпичная обмуровка из красного и шамотного кирпича и металлические детали, заделываемые в ней, под действием высоких температур неравномерно расширяются, между кладкой из красного и огнеупорного кирпича устанавливают зазоры – температурные швы. Сопряжения металлических деталей с кирпичной кладкой выполняют так, чтобы они могли свободно расширяться без нарушения кладки. Например, один конец металлических нагревательных труб или стальных листов перекрытии заделывают в кладке стены жестко, а другой конец металлических труб обертывают асбестовым картоном или асбестовой массой, что создает необходимую герметичность [20].

7.6. ВЫБОР ИЗНОСОСТОЙКИХ  МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ

Характер и интенсивность износа деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин зависят от физико-механических свойств почвы. Так, на песчаной почве детали изнашиваются по толщине, на глинистой и суглинистой – по ширине. При этом на песчаной почве изнашиваются в 8–10 раз быстрее, чем на глинистой.

Дифференцированный подбор материала и разработка конструкции деталей рабочих органов повышенной долговечности требуют детальной классификации почв по их изнашивающей способности. 
Изнашивающая способность почвы проявляется при взаимодействии с ней движущегося твердого тела и является одной из ее физико-механических характеристик. Для определения величины изнашивающей способности почв введено понятие коэффициента т (отношение интенсивности износа детали данной почвой к интенсивности износа той же детали эталонной абразивной средой при одних и тех же условиях) 
За эталонную абразивную среду принят чистый кварцевый песок с размером частиц 0,25–0,3 мм и влажностью W = 0¸2%. Большинство почв в естественном состоянии содержит наибольшее количество песчинок такого размера. Принятие однородной абразивной среды за эталон не только позволяет судить об относительной изнашивающей способности почв, но и во многом облегчает проведение исследований износостойкости деталей в лабораторных условиях. 
Изнашивание образцов в кварцевом песке подчиняется тем же закономерностям, что и в натуральных почвах. 
При повышении давления на поверхности трения интенсивность изнашивания возрастает прямо пропорционально, при увеличении влажности – уменьшается. Исследования показывают, что происходит изнашивание в кварцевом песке с размером частиц d = 0,25¸0,3 мм вследствие микрорезания или царапающего действия частиц, контактируемых с поверхностью трения.

Величина коэффициента изнашивающей способности изменяется в больших пределах и зависит от размера абразивных частиц и их влажности.  Приведена классификация почв Беларуси по механическому составу, в основу которой положено содержание глинистых частиц. Почвы разделены на     31 разновидность и объединены в восемь основных типов: песчаная, легкая супесь, тяжелая супесь, легкий суглинок, средний суглинок, тяжелый суглинок, глинистая, тяжелоглинистая.

Коэффициенты изнашивающей способности определены для всех типов почв при влажности 15%. На границе двух смежных почв они определялись для 4 фракций: 1) с максимальным содержанием песчаных частиц; 2) с минимальным содержанием песчаных частиц; 3) с максимальным содержанием песчаных частиц и заменой 10% песчаных частиц на 10% гравия размером 3–4 мм;4) с минимальным содержанием песчаных частиц и заменой 10% песчаных частиц на 10% гравия размером 3–4 мм. 
В зависимости от фракционного состава почвы могут быть разделены на 3 категории.

Первая объединяет почвы с коэффициентом изнашивающей способности 1,3–3,0. С увеличением содержания глинистых частиц коэффициент изнашивающей способности резко уменьшается. Износ деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин происходит в основном по толщине. 
Во вторую входят почвы с коэффициентом изнашивающей способности 0,5–1,3. Он незначительно изменяется с увеличением содержания глинистых частиц. Детали рабочих органов почвообрабатывающих машин изнашиваются в основном по ширине. Однако при наличии крупных фракций износ происходит одновременно как по ширине, так и по толщине детали. 
К третьей категории относятся почвы, обладающие малой изнашивающей способностью, с коэффициентом изнашивающей способности       0,37–0,65. С увеличением глинистых частиц в этих почвах он изменяется незначительно. Износ деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин, как правило, происходит по ширине.

Механический состав и состояние почвы влияют не только на интенсивность износа, но и на его характер. Особенно это видно на примере износа лемехов, лап культиваторов и дисковых борон. На тяжелых суглинистых и глинистых почвах лезвие и полевой обрез лемеха затупляются и принимают овальную форму. На песчаных и супесчаных почвах он изнашивается достаточно интенсивно как по толщине, так и по ширине. Лезвие при этом сохраняет свою остроту, но на тыльной стороне его создается резко выраженная затылочная фаска, на лицевой  – глубокая лучевидная канавка; носок по профилю закругляется.

Неравномерный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин обусловлен, прежде всего, разным удельным давлением почвы на поверхность рабочего органа в различных ее точках, а также зависит от скорости скольжения и ускорения контактирующих частиц.

Результаты проведенных исследований показывают, что изнашивание металла в абразивной среде зависит от множества факторов, комплексно связанных между собой. Так, при уменьшении влажности почвы увеличиваются ее твердость и интенсивность изнашивания, что приводит к увеличению давления на рабочую поверхность деталей и скорости скольжения частиц в активной зоне.

Сложность процесса изнашивания деталей сельскохозяйственных машин обусловлена непрерывно меняющимися силами по поверхности трения, неоднородностью абразивной среды как по механическому, так и по химическому составу, сложностью динамики процессов контактирования и перемещения частиц абразива. При этом следует учесть, что процесс разрушения поверхности трения происходит вследствие микрорезания как при однократном, так и при многократном воздействии абразивных частиц.

Изучена пылимость почв в зависимости от скорости воздушного потока. В качестве объекта исследований были взяты образцы восьми почвенных пород в воздушно-сухом состоянии и при различной влажности (рыхлый и связный песок, рыхлая супесь и связная, суглинки легкий, средний и тяжелый, легкая глина). Исследования проводились на специально сконструированной экспериментальной установке, представляющей собой разновидность аэродинамической трубы всасывающего типа. Подготовленный к исследованию и насыпанный на загрузочную платформу образец почвы продувался воздушным потоком, создаваемым вентилятором, с заданной скоростью (от   1 до 10 м/сек). При этом часть почвы уносилась. Количество унесенной почвы определялось путем взвешивания остатка образца после его продувки воздухом. Вес унесенной почвы, отнесенный к площади обдува образцов, определял количественные показатели пылимости. 
Падение интенсивности износа с увеличением запыленностивоздуха у смазываемых цепей объясняется тем, что у них абразив накапливается в слое смазки до полного насыщения ее. Скорость износа цепей тоже изменяется по мере накопления абразива в смазке. При полном насыщении и количество абразива в смазке изменяется незначительно, и скорость изнашивания деталей почти не изменяется.

Скорость износа деталей передач в зависимости от размера пылеватых частиц имеет степенную зависимость с показателем степени х < 1 для мелкой пыли с размером частиц до 0,10 мми х > 1  – для пылей более 0,10 мм. 
Износ деталей мелкой пылью у смазываемых цепей оказался выше, чем у несмазываемых. 
Изучалось влияние смазки на скорость изнашивания деталей открытых передач в воздушно-абразивной среде. В качестве смазки взято веретенное масло, которое подавалось на исследуемые детали передач капельным способом по одной капле в 4 мин. 
Исследования про–водились на пылях всех исследуемых почв при запыленности 1 г/м3, скорости цепи 3 м/сек и удельном давлении в шарнирах цепи 100 кГ/см2.

Степень влияния смазки на износ в воздушно-абразивной среде выражена коэффициентом влияния смазки на износ. Видно, что величина снижения интенсивности износа зависит от физико-механических свойств пыли, дисперсного и минералогического состава. Пыль песчаных и супесчаных почв имеет более крупные размеры частиц по сравнению с глинистой и суглинистой пылью, поэтому влияние смазки на износ в пыли этих почв оказывается меньше.

Основными показателями условий гидроабразивного изнашивания являются скорость, концентрация, масса и абразивная способность частиц, угол их встречи с изнашивающей поверхностью (угол атаки), разупрочняющие и коррозийные свойства жидкости. 
Эти показатели для различных деталей сельскохозяйственных машин колеблются в широких пределах. Применительно к гидравлическим системам и машинам для орошения и химической защиты растений концентрация сравнительно мелких абразивных частиц достигает 0,1% по весу, угол их атаки близок к нулю, а скорость, оцениваемая по скорости потока жидкости, достигает 30–75 м/сек и более. Детали машин по водоснабжению работают в гидропотоке значительно меньшей скорости (0,2–5 м/сек) с концентрацией сравнительно более крупных абразивных частиц в пределах 0,1–1,0 %. Такие же скорости потока характеризуют условия изнашивания деталей ряда других машин. Однако концентрация абразивных частиц может быть значительно большей. Для моек корнеклубнеплодов она равна 1–25%, а для машин по гидромеханизации – 30–60 %.

Минералогический состав и абразивные свойства частиц, изнашивающих детали сельскохозяйственных машин, в большинстве случаев примерно одинаковы. Это главным образом компоненты почвы, основной абразивной составляющей которой является кварцевый песок. Гидропоток может обладать как малой химической активностью (минеральное масло гидравлических систем), так и сравнительно большой (вода, водные растворы гербицидов и др.). Кроме химической агрессивности, жидкость обладает и разупрочняющими свойствами, усиливающими изнашивающее действие абразивных частиц.

На основании результатов исследований составлен ряд коррозионной активности различных сред. 
В агрессивных сельскохозяйственных средах происходит электрохимическая коррозия металлов.  При попадании на них влаги образуются соответствующие кислоты, которые определяют коррозионные процессы. При наличии примесей в металле (углерод, цементит, шлак и др.) коррозия стальных образцов в коррозионно-активных средах обусловливается работой микроскопически малых гальванических цепей, где электродами являются железо (анод) и примеси (катод). При  этом железо анодно окисляется и переходит в раствор. Коррозия в сенаже и органических удобрениях определяется присутствием органических кислот и кислорода воздуха.

Значительное влияние на интенсивность коррозионных процессов оказывает содержание влаги. С повышением влажности удобрений увеличивается степень их диссоциации и электрохимически активная площадь находящегося в них металла. При этом происходит более интенсивная диффузия ионов железа от анодных участков, что ведет к увеличению скорости коррозии. Но при дальнейшем повышении влажности несколько замедляется скорость коррозии вследствие уменьшения протока воздуха к поверхности металла, максимум скорости коррозии в органических удобрениях наблюдается при влажности 65…80, в минеральных – при 10..30%. 
На основании результатов исследований составлен ряд коррозионной активности различных сред.  
Исследования показали, что в наиболее агрессивных средах (при коррозии в отсутствии пассивации) сталь обыкновенного качества Ст.3 корродирует меньше качественных конструкционных сталей 35, 45, 50 вследствие большого содержания углерода (катод) в последних. 
При коррозии в навозе и экскрементах свиней, компостах наблюдается явление пассивации,  а стали с большим содержанием углерода (35, 45, 50) пассивируются быстрее, поэтому и корродируют меньше стали Ст.3 . 
Нержавеющие стали lХ13,  lХl8Н9Т и алюминий показали хорошую коррозионную стойкость во всех минеральных удобрениях, кроме сильвинита и нитрофоски. При коррозии в этих удобрениях были отмечены значительные коррозионные поражения в виде глубоких питтингов.

Вопросы изнашивания занимают одно из центральных мест в общей проблеме надежности сельскохозяйственной техники, работающей в коррозионно-активных средах. Изнашивание рабочих органов в этих средах можно назвать коррозионно-механическим, так как оно происходит при наличии электрохимической коррозии. По ГОСТу 16429–70 коррозионно-механическое изнашивание определяется как изнашивание при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Развитие процессов этого вида изнашивания определяется не только механическими свойствами пленок вторичных структур, но и физико-химическими изменениями, происходящими на сопряженных поверхностях в результате адсорбции и окисления.