Аммиачная проба. 
Металлургия. 
Остаточные напряжения в металлопродукции

При этом испытании образцы помещают в эксикатор или бачок с крышкой, на дно которых наливают водный раствор аммиака определенной концентрации.

Предложенная авторами [19] методика заключается в следующих последовательных операциях:

• 1) обезжиривание образцов протиранием ватой, смоченной органическим растворителем;
• 2) травление образцов (30 с) в растворе азотной кислоты, приготовляемом смешением азотной кислоты уд. веса 1,4 и воды в соотношении 1:1;
• 3) промывка в проточной воде;
• 4) испытание влажных образцов в закрытой камере (эксикаторе) над концентрированным водным раствором аммиака в течение нескольких часов или даже суток;
• 5) травление в растворе азотной кислоты (1:1) для удаления продуктов коррозии, образовавшихся при испытаниях в аммиачной атмосфере;
• 6) осмотр образцов через лупу при увеличении х 15.

Растрескивание латуни в атмосфере над водным раствором аммиака может произойти при наличии в ней весьма небольших растягивающих напряжений, равных всего лишь 10…20 МПа.

Существенным недостатком испытаний в аммиачной атмосфере над водными растворами аммиака различной концентрации является необходимость строгого контроля постоянства температуры испытания; обычно рекомендуется поддерживать температуру эксикатора или бачка, в котором проводятся испытания, равной 20±2 °С. Колебания температуры приводят к значительным изменениям в содержании аммиачных водяных паров в атмосфере над водным раствором аммиака. Так, например, при понижении температуры на 10 «С концентрация аммиака в атмосфере над 25%-ным раствором NH₂ уменьшается в полтора раза, а влаги — в два раза по сравнению с концентрацией этих веществ в аммиачной атмосфере при 20 «С, что весьма существенно замедляет процесс растрескивания испытываемых образцов. Повышение температуры на 10 °C приводит к увеличению концентрации NH, и Н₂0 в атмосфере над аммиачным раствором примерно в тех же соотношениях, вызывая значительное сокращение времени выдержки до появления трещин.

Процесс испытания влажной латуни в эксикаторах над водным раствором аммиака можно условно разделить на четыре стадии.

1. Образование влажной аммиачной атмосферы внутри испытательной камеры. Эта стадия начинается с момента введения в камеру водного раствора аммиака и заканчивается после ее насыщения парами аммиака.

Парциальное давление аммиака над его крепкими водными растворами достигает значительной величины. После того как на дно эксикатора наливают концентрированный раствор аммиака, возникает столь большое избыточное давление, которое может приподнять крышку эксикатора.

• 2. При внесении влажной латуни в аммиачную атмосферу внутри эксикатора происходит некоторое уменьшение парциального давления аммиака вследствие растворения его в воде, находящейся на поверхности латуни. Затем давление аммиака снова повышается вследствие дальнейшего испарения его из раствора. По окончании этой стадии латунь оказывается смоченной раствором аммиака, концентрация которого равняется концентрации раствора, над которым проводится испытание.
• 3. Аммиачный раствор, покрывающий поверхность латуни, в присутствии кислорода воздуха, который также находится внутри испытательной камеры (эксикатора), вызывает окисление латуни и образование аммиакатов меди и цинка. Общая поверхностная коррозия латуни (окисление ее) сопровождается уменьшением содержания кислорода в атмосфере камеры.
• 4. Образовавшийся на поверхности металла медно-аммиачный раствор вызывает растрескивание, если в латуни имеются растягивающие напряжения.

В соответствии с утвержденной методикой аммиачную пробку делают на образцах длиной 100 мм, отрезанных от заготовок, как правило, на токарном станке с применением (для закрепления) бронзовых или алюминиевых оправок. В отдельных случаях допускается отрезка образцов ножовкой с применением тех же оправок или легкого зажима в тисках с алюминиевыми губками.

Один из торцов должен быть строго перпендикулярен оси трубы. Одновременно с образцами, которые будут подвергнуты аммиачной пробке, отрезаются образцы для испытания методом разрезания колец.

Нс требуется набивка клейм на образцах. Номера следует надписывать электро графом. Перед испытанием образцы обезжириваются промывкой бензином или содовым раствором. Затем поверхность образцов для удаления окислов травится водным раствором азотной кислоты (1:1) в течение 30 с при температуре 30 °C. Влажные образцы устанавливаются на подставке в герметически закрытом эксикаторе, на дно которого налит аммиак (плотность 0,95). Количество аммиака должно быть таким, чтобы на 1 л атмосферы приходилось 15 см³ аммиачного раствора. Не допускать попадания брызг аммиака на образцы трубок. Образцы должны находиться в аммиачной атмосфере нс менее 24 ч. По истечении указанного срока образцы вынимаются из эксикатора, промываются водой, протравливаются для удаления продуктов коррозии водным раствором азотной кислоты (1:1), вновь промываются водой и быстро просушиваются. Производится внешний осмотр образцов.

В латунных трубках, имеющих значительные остаточные напряжения, во время пребывания в атмосфере аммиака появляются трещины. Отсутствие трещин после испытаний в атмосфере аммиака является гарантией надежного поведения латунных трубок в условиях эксплуатации.

Иногда при испытаниях обнаруживаются паучкообразные трещины возле вмятин, а также трещины, отходящие от места реза образца и имеющие протяженность не более 20 мм. Такие трещины во внимание не принимаются.

Характер растрескивания латунных изделий и полуфабрикатов при испытании в атмосфере, содержащей сернистый газ, лучше соответствует испытаниям в естественных условиях, чем в аммиачной атмосфере [20].

При аммиачном испытании трещины в латуни развивались по различным направлениям, тогда как при воздействии сернистого газа трещины возникали вдоль трубы, что соответствовало направлению трещин, возникших в этих трубах при их хранении в естественных условиях.

Такой характер распространения трещин при испытании в атмосфере, содержащей сернистый газ, вызван тем, что эта атмосфера может привести к растрескиванию латуни только при наличии значительных растягивающих напряжений в металле. В исследовавшейся трубе такие напряжения имелись в тангенциальном направлении, поэтому трещины развивались перпендикулярно этому направлению, т. е. вдоль грубы.

Учитывая изложенное, вполне обоснованно применять контрольное испытание латунных изделий и полуфабрикатов в атмосфере, содержащей примесь сернистого газа.

Для таких испытаний применять водный раствор сернистой кислоты не рекомендуется из-за его высокой активности; лучше проводить испытания в водном растворе сульфита и серной кислоты, смешиваемых непосредственно перед вливанием на дно эксикатора. Рекомендуется применять безводный сульфит, так как он более устойчив против окисления при хранении, чем кристаллический.

Впредь до уточнения методики можно проводить испытания в 8… 10 эксикаторах, на дно которых налит 1 л водного раствора, содержащего 1 г Na₂S0₃ и 5 мл H₂S0₄ (уд. вес 1,84).

Предложенная методика испытаний не лишена недостатков и поэтому не может еще считаться полностью отработанной. К недостаткам данной методики следует отнести следующие.

• 1. Длительность испытания. Даже при наличии весьма значительных растягивающих напряжений латунные образцы в виде колец растрескиваются только через несколько часов.
• 2. Процессы общей коррозии и обесцинкования, проходящие одновременно с растрескиванием.

Рентгенографический метод оценки склонности латунных образцов к растрескиванию по размытию линий рентгенограмм является неподходящим, так как прямой связи между размытием линий и склонностью образцов к растрескиванию не имеется. Оценка по смещению линий затруднена тем, что линии рентгенограмм холоднодеформированной латуни не являются резко очерченными.

Наиболее правильным методом оценки подверженности к растрескиванию латуни является испытание с помощью специальных химических реагентов. Выбор химического реагента для испытания должен быть сделан в соответствии с условиями, в которых будет находиться продукция из латуни.

Коррозионному растрескиванию подвержены также коррозионно-стойкие, в частности, аустенитные стали. Склонность к межкристаллитной коррозии этих сталей, так же как и латуней, выявляется химическими методами анализа. В работе |44] отмечается, что коррозионное растрескивание — разрушение под действием растягивающих напряжений и коррозионно-активной среды — распространенный в практике вид разрушения коррозионно-стойких сталей. Такому разрушению подвержены трубопроводы, выпарные аппараты, автоклавы и другие детали химического и энергетического оборудования. Наличие растягивающих напряжений является необходимым условием коррозионного растрескивания. Эти напряжения могут возникать как вследствие эксплуатационных нагрузок, так и в процессе изготовления конструкции (при гибке, сварке, термической или механической обработке). Коррозионная среда может способствовать образованию и развитию трешины в результате анодного растворения стали в устье трещины или в результате адсорбции водорода и его диффузии в сталь. В последнем случае коррозионное растрескивание связывают с явлением водородной хрупкости.

Средами, вызывающими коррозионное растрескивание, являются водные растворы хлористых солей, щелочей, растворы некоторых азотно-кислых солей и органических соединений, а также паровая среда энергетических установок. Существует напряжение а_кр — предел длительной коррозионной стойкости, ниже которого коррозионного растрескивания не наблюдается. Соотношение между прочностными характеристиками и о_кр коррозионно-стойких сталей различных классов приведено в табл. 1.

Аустенитные стали плохо сопротивляются коррозионному растрескиванию. В случае необходимости применения аустенитных сталей положительное влияние на стойкость оказывает никель: чем больше его содержание (в диапазоне 10…40% Ni), тем выше а_кр.При 40%Ni сталь невосприимчива к коррозионному растрескиванию.

Таблица 1

о", ст" ₂, ст_кр при 150 °C некоторых коррозионно-стойких сталей.