 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОРРОЗИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ СПЛАВОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Исследования проведены на круглых слитках, прессованных полосах, профилях, штамповках и поковках. Закономерности, наблюдаемые при термической обработке, в большинстве случаев изучали на двух существенно различающихся по коррозионной стойкости сплавах Д20пч, В95пч и их моделях, содержащих только основные компоненты в тех же количествах, т. е. на сплавах систем А1-Си и Al-Zn-Mg соответственно. Влияние технологии изготовления изучали на сплавах АЦМ, АМг6, Д16, АК4-1. Образцы вырезали в трех основных направлениях: продольном, поперечном и высотном.
Относительно небольшую анизотропию сопротивления КР наблюдали уже в слитке: образцы, вырезанные параллельно оси слитка, имеют несколько меньшее сопротивление коррозионному растрескиванию, чем образцы, вырезанные в других направлениях (табл. 14). Последнее наследственно сохраняется при осадке. Меньшее сопротивление КР поковок из сплава АЦМ было отмечено в направлениях, совпадающих с осью слитка (первая и третья схемы ковки).
Удлинение слитка прессованием несколько уменьшает сопротивление КР в высотном направлении. В то же время сопротивление КР продольных образцов даже при относительно низких коэффициентах вытяжки, равных 1,5-2,0, значительно возрастает. Следовательно, деформация, связанная с уменьшением сечения исходного слитка, приводит к новой, более значительной коррозионной анизотропии.
Заметно понижают сопротивление коррозионному растрескиванию в высотном направлении дефекты типа расслоений (см. табл. 14). Однако их влияние не является определяющим. Ковка по разным схемам не уменьшает влияния этих дефектов, однако всестороннее обжатие при прессовании заваривает их и уменьшает анизотропию. Это явление наблюдается для крупногабаритных полуфабрикатов в интервале коэффициентов вытяжки 2-6. Дальнейшее увеличение коэффициента вытяжки улучшает сопротивление коррозионному растрескиванию только в поперечном направлении, не оказывая влияния на сопротивление в высотном направлении.
Закономерности изменения коррозионной анизотропии под влиянием закалки весьма специфичны и зависят от толщины полуфабрикатов. В прессованных полосах из сплава Д20пч, который практически не стареет при комнатной температуре и для которого, следовательно, после закалки характерна структура твердого раствора со скоплениями, не образуются зоны Гинье - Престона (ГП) 1-го рода (ГП1); закалка способствует получению повышенного уровня сопротивления коррозионному растрескиванию во всех трех направлениях. При этом, хотя разрушение образцов происходит во всех направлениях, понижение сопротивления КР наблюдается только по высоте полуфабриката. Чувствительность к межкристаллитной коррозии и анизотропия скорости коррозии в ненапряженном состоянии отсутствуют. В полуфабрикатах из сплава В95пч, для которых характерно в естественно состаренном состоянии присутствие преимущественно зон ГП, отмечается резкая анизотропия коррозионому растрескиванию в высотном и поперечном направлениях, значительная чувствительность к межкристаллитной коррозии и заметная анизотропия скорости коррозии.
Промежуточное место занимает сплав Д16. Для него после обычной закалки наблюдается анизотропия КР только по высоте. Закалка с большими скоростями (500°С/с) практически устраняет в сплаве Д16 чувствительность к межкристаллитной коррозии. При этом сопротивление КР в высотном направлении остается на таком же низком уровне.
Из изложенного следует, что низкое сопротивление коррозионному растрескиванию в высотном направлении высокопрочных конструкционных алюминиевых сплавах после закалки связано с присутствием в структуре зон ГП (или ГП1) и мало зависит от исходной электрохимической гетерогенности, связанной с выделениями по границам.
В этой связи представляло интерес изучить характер разрушения в высотном направлении с помощью метода фрактографии на электронном микроскопе. Исследование было проведено на образцах ДКО после выращивания в них достаточно протяженной усталостной трещины при переменном погружении в 3 %-ный раствор NaCl. Продукты коррозии удаляли с поверхности излома в смеси ортофосфорной кислоты с хромовым ангидридом. Далее, применяя пластико-угольные реплики, исследовали поверхность разрушения в электронном микроскопе. Фрактографическое исследование закаленных полуфабрикатов с нерекристаллизованной структурой из сплавов В95пч и Д16 выявило субграничное разрушение при рассмотрении как реплик, так и непосредственно изломов на сканирующем микроскопе (рис. 29). Частиц интерметаллических соединений на поверхности разрушения выявлено не было, хотя используемое разрешение, равное примерно 5 нм, позволяло это сделать
Сопоставляя экспериментальные факты, можно сделать вывод, что трещина развивается не по центру границ кристаллов, где образуются выделения вторых фаз, а в околограничных зонах. Таким образом, электронная фрактография подтверждает, что сопротивление КР естественно состаренных высоколегированных сплавов не связано с фазовыми выделениями по границам. Точнее, наличие фазовых выделений по границам не относится к главным причинам проявления КР.
Коррозионную анизотропию можно описать тремя коэффициентами:
а) коэффициентом анизотропии коррозионного растрескивания
Aкр = τ1min/τ2min, (30)
где τ1min и τ2min-наименьшее время до разрушения образцов с одинаковой термической обработкой в сравниваемых направлениях соответственно;
б) коэффициентом анизотропии глубины коррозии Ah = h1max/h2max. (31)
где h1max и h2max - максимальная глубина коррозии в сравниваемых направлениях соответственно;
в) коэффициентом скорости коррозии
AH2 = Н1mах/Н2mах, (32)
где Н1mах и Н2mах - скорости коррозии, выраженные (табл. 15) количеством выделившегося водорода в долевом и высотном направлениях или потерей массы.
Из данных, представленных в табл. 15, следует, что анизотропия в первый период искусственного старения для сплава Д20пч увеличивается при увеличении в структуре концентрации зон ГП1. Для сплавов Д16пч и В95пч, для которых образование зон ГП происходит уже при комнатной температуре, различия в коррозионной анизотропии на начальной стадии искусственного старения невелики. Эти различия в коррозионной анизотропии в зависимости от условий старения обусловлены разницей между температурой старения (tc) и верхней температурной границей образования зон того или другого типа tK. В отечественной литературе не рассматривались процессы старения алюминиевых сплавов с учетом существования критических температур растворения первично образованных выделений. Между тем существование таких температур экспериментально установлено как для сплавов системы А1-Сu, так и для сплавов системы Al-Zn-Mg-Сu.
Как видно из представленных на рис. 30 данных, критическая температура изменяется в зависимости от состава сплава. Значение tK для сплава Д20 составляет - 210°С, а для сплава В95 в зависимости от содержания цинка и магния находится на уровне 145-180 °С.
Как видно из табл.15, при температуре искусственного старения несколько ниже критической (195°С), обычно используемой на практике для получения повышенного уровня прочностных характеристик, для сплава Д20пч при увеличении времени выдержки отмечается сначала резкое повышение, а затем довольно медленное снижение анизотропии КР, которая полностью устраняется лишь после 24 ч. Однако анизотропия глубины и скорости коррозии при этой выдержке не изменяется и существенно снижается лишь при значительно большем времени старения.
Для сплава В95 пч наблюдается иная картина. Анизотропия коррозионного растрескивания не устраняется. Во всем диапазоне исследованных выдержек (до 144 ч) наблюдается также значительная анизотропия по глубине коррозии, в то время как скорость коррозии вдоль волокна заметно меньше, чем перпендикулярно к нему (коэффициент анизотропии имеет отрицательные значения). Таким образом, для сплава В95 при температуре старения ниже критической наблюдается значительная локализация коррозии как в ненапряженном, так и напряженном состояниях.
Искусственное старение сплава Д20пч при температуре выше критической не приводит к существенному нарушению закономерностей изменения коррозионной анизотропии. Возрастает только скорость изменения коррозионных характеристик - быстрее достигается стойкое к коррозии под напряжением состояние (см. табл. 15) и значительнее уменьшается анизотропия скорости и глубины коррозии, хотя последняя полностью не устраняется.
Для сплава В95пч старение при температуре выше критической резко изменяет наблюдаемую картину коррозионного поведения полуфабрикатов. Анизотропия коррозионного растрескивания полностью устраняется после старения при 180 °С в течение 16 ч. В то же время анизотропия глубины коррозии увеличивается, а анизотропия скорости коррозии сохраняется на довольно высоком уровне. Таким образом, в этом случае можно видеть существенную локализацию коррозии в ненапряженном состоянии и в то же время отсутствие чувствительности к коррозионному растрескиванию.
В закономерностях изменения коррозионной анизотропии сплава Д16пч имеется много общего с теми, которые изложены для сплава Д20пч. Однако, хотя анизотропия КР устраняется для обоих сплавов после старения по одним и тем же режимам, у сплава Д16пч сохраняется значительная анизотропия глубины коррозии. Перестаривание при 195 и 225°С не дает существенного эффекта.
Некоторое сходство относительно изменения анизотропии коррозионных характеристик имеется и между сплавами Д16 и В95. Это относится прежде всего к высокой анизотропии коррозионного растрескивания в естественно состаренном состоянии и частично к появлению локализации коррозии (Аh) в высотном направлении после старения при более высокой температуре.
Следует отметить, что во всех изложенных выше экспериментах анизотропия коррозионного растрескивания уменьшалась только за счет увеличения сопротивления этому виду коррозии в поперечном и главным образом в высотном направлениях. В этой связи уменьшение значений коэффициентов анизотропии КР соответствует в большинстве случаев повышению сопротивления этому виду коррозии полуфабриката в целом.
На примере сплавов Д16пч и В95пч (табл. 16) можно видеть, что между ориентировкой зерен и анизотропией коррозии под напряжением существует определенная связь. Прессованная полоса из сплава Д16пч, имеющая меньшую анизотропию зерен, обладает заметно меньшей анизотропией КР.
У сплава АК4-1 с равными размерами зерен в продольном и поперечном направлениях коэффициенты анизотропии коррозионного растрескивания одинаковы.
Еще более очевидна взаимосвязь анизотропии размера зерен и КР на модельных сплавах.
Прессованная полоса из модельного сплава А1-6,3 % Сu с ориентированными в продольном и поперечном направлениях зернами имеет четкую анизотропию коррозионного растрескивания, в то время как у такой же полосы с равноосными зернами из сплава А1- 6 % Zn-2,3 % Mg сопротивление КР не зависит от направления вырезки образцов (рис. 31).
При этом чувствительность к коррозионному растрескиванию в высотном направлении, определенная при испытании с заданной растягивающей нагрузкой, практически одинакова у таких разных сплавов, как А1 - 6,3 % Сu, А1-6 % Сu-2,3 % Mg и В95пч, поскольку все построенные зависимости, в конечном счете, приближаются к одному из тому же пороговому напряжению - менее 20 МПа.
| 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ