Файл: Пульцин Н.М. Титан и его применение в авиации.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.04.2024

Просмотров: 68

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 14

Привес в . и г , с м 2 ч а с

. титана

в двух

средах

при различных температурах

Среда

 

 

Температура в °С

 

 

700

800

900

1000

1100

1200

 

Воздух

1,0

2,1

5,4

13,8

36,0

70,0

Пары воды

2,9

7,6

13,2

21,8

39,0

75,1

Анализ

этих

результатов

подтверждает

тот

очевидный

факт, что с повышением

температуры

скорость тазовой корро­

зии титана значительно возрастает (приблизительно

по экспонен­

циальному

закону),

 

причем

в

парах воды коррозия

развивается

быстрее,

 

чем

на

воздухе,

особенно

при

температурах до 1000°.

Повышенную

 

окисляе-

 

 

 

 

 

 

мость титана в парах

 

воды

 

 

 

 

 

 

авторы [52] объясняют

еще

 

 

 

 

 

 

не расшифрованными

струк­

 

 

 

 

 

 

турными особенностями слоя

 

 

 

 

 

 

окалины,

 

обеспечивающими

 

 

 

 

 

 

относительно

большую

ин­

 

 

 

 

 

 

тенсивность диффузии.

 

 

 

 

 

 

 

Нами было проведено ис­

 

 

 

 

 

 

пытание на газовую

 

корро­

 

 

 

 

 

 

зию

в

атмосфере

воздуха

 

П р о д ол ж и т ел ь н о ст ь выдержки в <

сплава технического

титана

 

 

 

 

 

 

 

с 4% хрома [37]. Опыты про­

Фиг. 47.

Графики

привеса сплава техни­

водились

'при

температурах

ческого

титана с 4% хрома в результате

700,

800

 

и 900°.

 

Графики

газовой

коррозии

при различных темпе­

привеса во времени приведе­

ратурах

ны на фиг. 47. Их анализ по­

 

казывает, что интенсивность газовой коррозии исследованного спла­ ва сильно возрастает при увеличении температуры. Так, например, привес за 10 часов при 700° составил 2,4 мг]см2, при 800°— 10,4, т. е. в четыре раза больше, а при 900° — 23 мг/см2, т. е. почти в де­

сять риз больше, чем при температуре 700°.

Результаты проведенных опытов показывают также, что при всех температурах коррозия исследованного .сплава развивается вовремени с некоторым замедлением, тем оольшим, чем выше температура опыта. Так, например, средний привес за один час при 700° состав­ ляет за первый час испытания 0,3 мг/см2час, за 5 часов — 0,28 и за

10 часов — 0,24, т. е. среднечасовой привес за 10 часов уменьшается на 20%. При температуре 800° этот привес равен соответственно 1,8, 1,36 и 1,04 мг/см2час, т. е. за 10 часов уменьшается на 42%. При

900° величина рассматриваемого привеса составила соответственно 5,3, 2,85 и 2,3 мг/см2час, т. е- уменьшилась почти на 57 %.

59


Поглощаемые титаном кислород и азот воздуха идут не только на образование окалины, но и диффундируют в него, существенно

 

 

 

изменяя

свойства

поверх­

 

 

 

ностного слоя. В работе В. А.

 

 

 

Яковлева

и

Я. И. Спекто-

 

 

 

ра [35]

получены интересные

 

 

 

данные об увеличении твер­

 

 

 

дости

поверхностного

слоя

 

 

 

образцов сплава

ВТ2 в ре­

 

 

 

зультате насыщения их

кис­

 

 

 

лородом и азотом

при

вы­

 

 

 

держке в атмосфере воздуха

 

 

 

в электрической

 

нагрева­

 

 

 

тельной печи.

Графики, от­

 

 

 

ражающие эти данные, при­

 

 

 

ведены на фиг. 48 и 49. Они

 

 

 

показывают,

что

 

величина

Фиг.

48.

Микротвердость поверхности об­

твердости

и

глубина

изме­

разцов

сплава ВТ2 в зависимости от вре­

ненного

слоя тем

больше,

мени

выдержки при различных темпера­

чем выше температура и про­

 

 

турах

должительность выдержки.

 

 

 

Добавляемые

к

титано­

вым сплавам элементы по-разному влияют на окисляемость их при газовой коррозии. При изучении окмсляемости двойных сплавов ти­ тана с хромом, алюминием и бериллием при 300—900° наибольшая

устойчивость против

окисле­

 

ния выявлена у сплавов ти­

 

тана с бериллием [10]. Кри­

 

вые

привеса

этих

сплавов

 

при 700 и 900° имеют парабо­

 

лический характер, а ско­

 

рость окисления их при уве­

 

личении содержания берил­

 

лия

до

6 % значительно

 

уменьшается.

 

 

 

Алюминий ухудшает стой­

 

кость против окисления. при

 

500°, однако при 700° увели­

 

чение содержания алюминия

Длительность выдержки в часах

до 15% приводит к повыше­

 

нию стойкости.

Наибольшей

Фиг. 49. Влияние длительности выдержки

стойкостью против окисления

сплава ВТ2 при различных температурах

при

температурах

до 1150°

на глубину измененного слоя

обладают

сплавы

титана с

 

алюминием, соответствующие соединению TiAl, а по диаграмме со­ стояний— фазе f , содержащей алюминия от 36 до 42%.

Шестикомпонентный сплав Т4 испытывался на жаропрочность при 700°. Увеличение содержания алюминия в этом сплаве до 4%


приводит к снижению коррозионной стойкости, а при большей кон­ центрации наблюдается повышение ее. Самым стойким 'Против окис­ ления оказывается шестикомпонентный сплав с 12% алюминия.

Сплав Т4 без кремния обнаруживает при 700° наиболее высокую скорость окисления. Введение 0,25% кремния делает скорость окис­ ления минимальной, а затем несколько увеличивающейся при даль­ нейшем повышении содержания кремния (фиг. 50). Таким образом, алюминий и кремний повышают стойкость против окисления шести­

компонентного сплава Т4 при 700°.

 

 

 

На фиг. 50 дано несколько

графиков

 

 

изменения привеса при

различной

дли­

 

 

тельности испытания. Анализ взаимного

 

 

расположения этих

графиков

позволяет

 

 

констатировать, что

вывод о

замедлении

 

 

процесса газовой

коррозии

во

времени,

 

 

сделанный по результатам наших исследо­

 

 

ваний сплава титана с хромом [37], оказы­

 

 

вается справедливым

и для

шестикомпо­

 

 

нентного сплава,

содержащего

кремний.

 

 

График привеса при 100-часовой выдерж­

 

 

ке расположен

ниже

соответствующих

 

 

графиков для меньших выдержек. Это го­

 

 

ворит о том, что в результате замедления

 

 

коррозии во времени средний часовой при­

Содержание кремния в %

вес при большей выдержке

оказывается

 

 

меньшим, чем при кратковременных

ис­

Фиг. 50. Изменение при­

пытаниях.

 

 

 

приводит к

Введение хрома до 20%

веса сплава Т4

при 700° в

снижению стойкости титана против

окис­

зависимости от содержания

кремния при

различной

ления при 700—900°, однако сплавы с 20

продолжительности испыта­

и 25% хрома имеют

лучшую

стойкость,

ния [10]

чем чистый титан [10].

На фиг.

51 приве­

 

 

дены графики изменения привеса двойных сплавов титана при раз­ личных температурах в зависимости от содержания хрома. При тем­ пературе. 815° наихудшей стойкостью против окисления обладают сплавы, содержащие 2—4% хрома. Это подтверждается результа­

тами нашрх исследований [37], по которым построены графики, пред­ ставленные на фиг. 52. По этим графикам видно, что при темпера­ туре 800° стойкость против окисления у технического титана выше, чем у сплава его сч4% хрома.

Электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия, как известно, представляет сабой процесс разрушения одного из разно­ родных !.металлов при контакте их в присутствии раствора электро­ лита. При этом разрушается тот металл, который имеет более низ­ кий электродный потенциал.

По величине электродного потенциала в морской воде некоторые металлы и сплавы располагаются в такой последовательности. На первом месте стоит пассивированная нержавеющая сталь типа 18-8,

61


Ф и г . 5 1 . В л и я н и е х р о м а н а о к и с л е н и е д в о й н ы х т и т а н о в ы х с п л а в о в п р и р а з л и ч ­ н ы х т е м п е р а т у р а х

имеющая наиболее -высокий электродный потенциал. Затем следует монель-металл с несколько меньшим потенциалом, титан, меднони­ келевый сплав, содержащий 30% меди, латунь, инконель, никель, непассивйрованная нержавеющая сталь типа 18-8, мягкая углероди­ стая сталь, алюминиевый сплав, алюминий, магниевый сплав и, наконец, магний [1].

Титан имеет высокий электродный потенциал, по­ этому возможность электро­ химической коррозии его в паре с другим металлом ма­ ловероятна. Однако высокое значение потенциала титана является -причиной электро­ химической коррозии сопря­ женных е ним металлов.

В монографии А. Д. и М. К. Маквиллэн [3] по дан­ ным различных авторов при­ ведены графики зависимо­ сти электродного потенциа­

ла титана от состояния образцов, природы и концентрации электро­ литов, длительности выдержки в электролите при определении по­ тенциала и т. д. По приводимым авторами данным Шлепна, элек­ тродный потенциал титана в вод­ ном растворе поваренной соли, оп­ ределенный на образце со свеже-

зачищен-ной поверхностью,

яв­

 

 

 

 

 

ляется

отрицательным

и

может

 

 

 

 

 

достигать значения —0,27 в. С те­

 

 

 

 

 

чением времени, в результате дей­

 

 

 

 

 

ствия кислорода, растворенного в

 

 

 

 

 

электролите, происходит пассиви­

 

 

 

 

 

рование

поверхности

металла.

 

 

 

 

 

При этом электродный

потенциал

 

 

 

 

 

постепенно увеличивается и может

Продолжительность Выдержки

достигнуть максимального

значе­

 

 

 

 

в часих

ния + 0,46 в.

 

 

 

Ф и г . 5 2 .

С р а в н и т е л ь н а я с т о й к о с т ь

Если

определение потенциала

п р о т и в

о к и с л е н и я

т е х н и ч е с к о г о т и ­

проводить на образце, который

т а н а ( ? )

и

с п л а в а

е г о с

4% х р о м а

после зачистки

некоторое

время

( 2 )

п р и

т е м п е р а т у р е

8 0 0 °

выдерживался

при

комнатной

 

 

 

 

 

температуре, т. е. подвергался пассивированию кислородом воздуха, то первоначальное значение -потенциала титана окажется менее от­ рицательным.

На фиг. 53 по данным Шлейна [3] приведены графики изменения, электродного потенциала титана в зависимости от продолжительно­

62


сти выдержки его в растворе электролита (3% NaCl в воде). Вели­ чина первоначального потенциала свежеза-чищенного образца (я) на 0,17 в ниже потенциала образца, подвергнутого пассивированию

на воздухе (б). Однако с те­

 

чением

времени

значения

 

электродных

потенциалов

 

этих образцов сближаются и

 

после примерно двухчасовой

 

выдержки становятся одина­

 

ковыми.

 

 

 

 

 

На фиг. 54 по тем же дан­

 

ным приведен график, иллю­

 

стрирующий

изменение

во

 

времени электродного потен­

 

циала титана,

определенного

Время выдержки в электро-

в растворе серной

кислоты,

пите в часах

которая

разрушает защит­

 

ную окисную пленку на

ме­

 

талле и приводит через неко­

Ф и г . 5 3 . И з м е н е н и е э л е к т р о д н о г о п о т е н ­

торое время

к резкому

сни­

ц и а л а т и т а н а п р и п а с с и в и р о в а н и и е г о

в р а с т в о р е э л е к т р о л и т а

жению потенциала.

 

 

 

 

 

Снижение

потенциала

 

пассивированного титана за счет разрушения окисной пленки неко­ торыми электролитами может быть изменено путем создания соот­ ветствующих внешних условий за счет применения атмосферы раз-

время Выдержки 8 электро-

 

Время выдержки в

лите В часах

 

электролите

в часах

Ф и г . 5 4 . И з м е н е н и е э л е к т р о д н о г о

Ф и г . 5 5 .

И з м е н е н и е э л е к т р о д ­

п о т е н ц и а л а т и т а н а п р и р а з р у ш е ­

н о г о п о т е н ц и а л а г и т а н а п р и

н и и р а с т в о р о м

э л е к т р о л и т а з а ­

р а з р у ш е н и и

(2) и

в о с с т а н о в ­

щ и т н о й

п л е н к и

л е н и и

(1)

п а с с и в и р у ю щ е й

 

 

 

п л е н к и

 

личных газов над электролитом. На фиг. 55 по тем же данным [3] при­ ведено два графика изменения во времени электродного потенциала титана, определенного в нормальном piacTBope соляной кислоты, спо­ собной разрушать защитную окисную пленку на титане. График 1

построен для случая, когда определение потенциала ведется в элек­

63