Analysis of Metal Corrosion under Conditions of Mechanical Impacts and Aggressive Environments

Abstract

Based on standpoints of the surface physics, fracture mechanics and electrochemistry, a mathematical model of the physical and chemical processes near the crack tip of a metal under mechanical loads in aqueous electrolyte solutions is developed. Calculations of the energy and electrochemical characteristics are performed for the steel 20 in the 3% solution of sodium chloride. Parameters of the Tafel-type relationship between the anode current and the difference of electrode potentials are analysed. Well-known Kaeshe expression for the current density on the juvenile surface of a crack bottom is generalized both by linear approximation of the dependence of corrosion current density on surface energy of plastic deformation of the metal and with accounting for increase of mechanical tensile stress up to yield limit.

Исходя из положений физики поверхности, механики разрушения и электрохимии сформулирована математическая модель физико-химических процессов в вершине трещины металла при его механическом нагружении в водном растворе электролита. Проведены расчёты энергетических и электрохимических характеристик для стали 20 в 3% растворе хлорида натрия. Проанализированы параметры уравнения типа Тафеля между анодным током и разницей электродных потенциалов. В линейном приближении связи плотности коррозионного тока с поверхностной энергией пластического деформирования металла и с учётом увеличения механических растягивающих напряжений до предела текучести обобщено известное соотношение (Kaeshe) для плотности тока на ювенильной поверхности дна трещины.

З позицій фізики поверхні, механіки руйнування та електрохемії сформульовано математичний модель фізико-хемічних процесів у вершині тріщини металу при його механічному навантаженні у водному розчині електроліту. Проведено розрахунки енергетичних та електрохемічних характеристик для криці 20 у 3% розчині хлориду натрію. Проаналізовано параметри рівняння типу Тафелевого між анодним струмом і ріжницею електродних потенціялів. У лінійному наближенні зв’язку густини корозійного струму з поверхневою енергією пластичного деформування металу та з урахуванням зростання механічних розтягувальних напружень до границі плинности узагальнено відоме співвідношення (Kaeshe) для густини струму на ювенільній поверхні дна тріщини.