Коррозия железнодорожного транспорта

КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

 

My report is devoted to three types of corrosion: friction corrosion, circulating current corrosion, and wear corrosion of metals. In contrast to other types of corrosion these types involve destruction in the bulk of the material.

Коррозия железнодорожного транспорта  - очень распространенная проблема. Металлический фонд данной отрасли народного хозяйства  огромен и составляет миллионы тонн.  Это сами рельсы и крепления, различное оборудования, металлические части зданий и сооружений, мосты, оборудование, коммуникации, кроме того, вагоны, локомотивы.

В очень жестких коррозионных условиях эксплуатируются верхние  элементы железнодорожного пути и сам  движущийся состав. Железнодорожные  пути пересекают разные климатические  зоны.  Движущиеся по ним составы подвергаются очень агрессивному и, что важно, периодическому влиянию различных климатических условий. Кроме того, большинство перевозимых грузов также оказывают негативное влияние, некоторые могут даже вызывать и интенсифицировать коррозию металла.

Железнодорожные составы  всегда двигаются с достаточно высокой  скоростью. Также наблюдается постоянная нагрузка на оси. При погрузке или  разгрузке вагона (зачастую используются опрокидывающие или вибрационные устройства), основное покрытие металла трескается, появляются царапины, целостность защитного покрытия нарушается. Развиваются коррозионно-механические и коррозионные повреждения.

Коррозия железнодорожного транспорта не только наносит огромнейшие  убытки народному хозяйству страны, но и может послужить причиной капитальных и текущих ремонтов линий движения составов. Кроме того, коррозия железнодорожного транспорта опасна еще и тем, что может  создать угрозу для жизни пассажиров (электрички, пассажирские поезда). Если на отдельном участке сильно подверглись  коррозии металлические рельсы или  другие части линии, возможно, что  этот отрезок пути просто перекроют  на достаточно длительное время.

Основные причины коррозии железнодорожного транспорта: высокая  агрессивность окружающей среды, влажность, разнородность структуры металла  и его состава, периодическое  смачивание поверхности атмосферными осадками, загрязнение пылью и  перевозимыми частицами (например, соль, уголь, минеральные удобрения).

Стойкость к коррозии железнодорожного транспорта обуславливается качеством  используемого металла, степенью агрессивности  среды, конструктивными особенностями, внутренними напряжениями и многими  другими важными характеристиками.

Очень распространенное явление  – коррозионно-механические разрушения. Это совместное воздействие на металл агрессивной среды, циклических  или статических напряжений.

Ниже приведены самые  распространенные виды коррозионных разрушений, которым подвергаются вагоны, железнодорожные  пути и т.п.:

1.коррозионной усталости на железной дороге  подвержены  элементы рамы вагонов, рельсы,  подкладки рельсовых креплений, закладные болты и т.п.;

2.коррозия блуждающими токами встречается на подключенных к электричеству участках железных дорог, которые работают на постоянном токе;

3.коррозия при трении часто встречается  на некоторых элементах крепления (например, соединительных частях состава), также данному виду разрушения подвержены крышки и  нижние листы выгрузочных люков (в вагонах, перевозящих сыпучие материалы и т.п.);

 

1.КОРРОЗИОННАЯ УСТАЛОСТЬ

Коррозионная усталость  металла – разрушение металла под воздействием периодической динамической нагрузки (знакопеременных напряжений) и коррозионных сред. Коррозионная усталость металла среди других разновидностей коррозии под напряжением встречается наиболее часто. При нахождении металла в коррозионной среде некоторое время, предел его выносливости понижается, и  конструкция уже не выдерживает нормальных для нее ранее напряжений. Коррозионная усталость металла сопровождается развитием межкристаллитных и транскристаллитных трещин (по границам зерен), которые разрушают металл изнутри. Развитие трещин идет, главным образом, в момент, когда металлоконструкция испытывает нагрузку.  В результате периодических термических напряжений в металле защитная оксидная либо любая другая пленка на его поверхности разрушается. Коррозионная среда имеет свободный доступ к открытой поверхности. Сквозь поверхностные трещины агрессивная коррозионная среда также проникает вглубь металла, интенсифицируя разрушение.

Коррозионной усталости  подвергаются сплавы на основе железа, никеля, алюминия, меди и многих других металлов.

Склонность металла к  коррозионно-усталостному разрушению определяется его пределом выносливости. Пределом выносливости принято считать  максимальное напряжение, при котором  конструкция может выдержать 107 (и более) циклов нагружения, при этом, не проявляя признаков коррозионной усталости металла.

Значительное влияние  на величину коррозионной усталости  оказывают свойства рабочей среды,  параметры нагружения, количество примесей в основном металле, температура и др. С увеличением агрессивности коррозионной среды уменьшается усталостная прочность сплавов.

Для защиты от коррозионной усталости применяют протекторную и катодную защиту, на поверхность защищаемого изделия наносят анодные покрытия алюминия, кадмия, цинка. Дополнительно применяют специальные режимы термической обработки, которые увеличивают предел коррозионной усталости сплавов (например, применение закалки с последующим отпуском).

 

 

2.Коррозия металлов блуждающими токами

В отличие от почвенной  коррозии (гальванокоррозии) электрохимическая  коррозия металлов под влиянием тока от внешнего (по отношению к сооружению) источника называется электрокоррозией. Для подземных сооружений внешними источниками тока, вызывающими их коррозию, являются блуждающие токи. Блуждающими  называются электрические токи в  земле, возникающие за счет утечек из рельсов электрифицированных железных дорог, трамвая и метро, работающих на постоянном токе и использующих рельсы в качестве обратного провода. Источниками блуждающих токов могут  быть также различные установки  постоянного тока (телеграф, электросварочные аппараты, системы катодной защиты и пр.), использующие в качестве обратного  провода землю. Известно, что электрическая  проводимость металлов в сотни миллионов  раз больше проводимости почв и грунтов. Поэтому всякая подземная металлическая  магистраль, находясь в зоне распространения  блуждающих токов, привлекает на себя эти токи, передает их как проводник  более низкого омического сопротивления  и возвращает их через землю к  источнику постоянного тока.

При этом та часть металлического сооружении, из которой ток выходит  в землю, является анодом, а та часть  сооружения, где постоянный ток входит в него, является катодом. В анодных  зонах при условии контакта сооружения с влажной почвой блуждающие токи вызывают электролиз и причиняют  сооружению чрезвычайно большие  коррозионные pазрушения. Блуждающий ток в 1 а за один год разъедает в анодной зоне металлическою сооружения около 36 кг свинца или соответственно около 9 кг железа или около 4 кг алюминия (каждые 96500 кулонов количества электричества растворяют 1 г/экв металла).

Нетрудно представить  результаты коррозионного действия блуждающих токов, если последние в  некоторых сооружениях, расположенных  вблизи источников блуждающего тока, достигают 40 а и даже больше. Наибольший ущерб коррозия блуждающими токами приносит подземным сооружениям  в системе городского хозяйства. При этом самой сильной коррозии подвергаются незащищенные изолирующими покрытиями сооружения: трубопроводы, голые освинцованные и бронированные  кабели. Особенно опасным источником блуждающих токов являются электрифицированные  железные дороги, а также трамвай  и метро, где потребляются большие  токи.

Электрохимическая коррозия подземных сооружений блуждающими  токами во много раз опаснее обычной  почвенной коррозии. В отдельных  случаях большие блуждающие токи способны вывести сооружения из строя  в течение самого короткого срока  — в 2—3 месяца.

Скорость и интенсивность  коррозии блуждающими токами совместно  с почвенной коррозией особенно сильно возрастает при наличии частых и резких перепадов значений электрического сопротивления почв вдоль линейного  сооружения. Объясняется это тем, что в этих условиях блуждающие и  гальванические токи то входят в сооружение и проходят по нему, то выходят из сооружения и проходят по почве, создавая тем самым множество анодных  и катодных зон. Установлено, что  в почвах с высоким сопротивлением блуждающие токи более или менее  полно собираются металлическим  сооружением и протекают по нему. На участках, где почва имеет низкое сопротивление, эти токи покидают сооружение и частично переходят в почву. Места наиболее сильных утечек тока из сооружения, совпадающие с участками  низкого сопротивления почвы, характеризуются  наиболее интенсивными явлениями коррозии. Вредное явление блуждающих токов  не ограничивается только анодными участками. Под влиянием катодного потенциала защитная изоляция на катодном участке  со временем приобретает способность  впитывать почвенную влагу. В  связи с этим сначала происходит понижение омического сопротивления  защитного покрытия, а затем и  его полное разрушение с оголением  поверхности металла. 

3.Коррозия при трении

Коррозия при трении — это  разрушение, идущее по границе раздела  между двумя контактирующими  поверхностями, одна из этих поверхностей (или обе) — металлическая, и они  перемещаются относительно друг друга  под нагрузкой. Иногда перемещение  поверхностей имеет колебательный  характер (например, вибрация) и сравнительно невелико (доли миллиметра). Разрушение заметно по изменению цвета поверхности  металла и образованию язв, которые  часто становятся зародышами усталостного растрескивания. На месте возникновения  коррозии при трении образуются рыхлые продукты окисления металлов (окислы), нередко вызывающие заклинивание конструкций. Убыль металла ведет к уменьшению размеров детали, превышающему допуск, и к разбалтыванию элементов  конструкции.

Коррозия при трении —  причина разрушения рессор, головок  болтов и заклепок, поворотных шкворней в рулевых механизмах, часовых  подшипников, контактов электродатчиков  и некоторых других элементов  машин, подвергающихся вибрации.

 Характерным примером  коррозии при трении является  постоянное суживание стыковых  накладок у железнодорожных рельсов,  которые приходится периодически  поджимать.

Коррозия при трении часто  протекает в атмосферных условиях под действием кислорода воздуха. Влажность уменьшает интенсивность  разрушения. Скорость коррозии возрастает с понижением температуры и с  ростом контактной нагрузки. Продукты коррозии (в случае стали — Fe203), возникающие между трущимися поверхностями, имеют больший объем, чем металл, из которого они образованы. В связи с невозможностью удаления продуктов коррозии их накопление приводит к локальному росту напряжений и ускорению разрушения.

Из сказанного следует, что  коррозия при трении имеет не электрохимический, а химико-механический характер. Контакт  двух поверхностей происходит в точках их соприкосновения по выступам шероховатости. Небольшое перемещение одной  поверхности относительно другой (под  нагрузкой) вызывает истирание этих выступов; при обнажении чистый металл немедленно покрывается слоем адсорбированного кислорода и окисляется. Дальнейшее истирание приводит к разрушению пленки окислов и новому обнажению  металла. Одновременно может происходить  скалывание неровностей с поверхности  металла, их отрыв в виде мельчайших частиц, которые также незначительно  или полностью окисляются.

Коррозию при трении можно  замедлить или полностью предотвратить  следующими способами:

использованием масел  и смазок, имеющих небольшую вязкость и хорошее сцепление с поверхностью металла. Смазки уменьшают трение и  затрудняют доступ кислорода в зону контакта поверхностей. Весьма полезно  наносить смазки на предварительно фосфатированные  поверхности (поры фосфатного покрытия становятся накопителями смазки);

повышением твердости  поверхности одного или обоих  соприкасающихся металлов;

предотвращением взаимного  перемещения соприкасающихся поверхностей. Иногда для этой цели поверхностям придается повышенная шероховатость (при помощи пескоструйной или  дробеметной обработок);

использованием подкладок  и прокладок, демпфирующих колебания. 

Дефектоскопы

На железной дороге существуют приборы, которые могут обнаружить дефекты  тех или иных деталей. Их называют дефектоскопами.

Например:

Дефектоскоп АДС-02 предназначен для обнаружения дефектов в обеих нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельса.

Томографик – дефектоскоп ультразвукового  и вихретокового контроля. Он предназначен для контроля колесных пар вагонов, ЖД осей деталей локомотивов, стрелочных переводов, сварных стыковых рельс.