Файл: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов.pdf

Ti—3A1—11 Cr —13 V почти также склонен к солевой коррозии, как и сплав Ti—8А1—1 Мо—IV.

Многие авторы полагают, что склонность к солевой коррозии усиливается с повышением содержания алю­ миния. Инкубационный период, в течение которого тре­ щины не зарождаются, уменьшается по мере увеличе­ ния содержания алюминия в промышленных титановых сплавах [53, с. 307]. Резкий переход от вязкого разру­ шения к хрупкому происходит, когда содержание алю­ миния в а-сплавах увеличивается от 4 до 6%. Наиболее полные данные о влиянии алюминия на склонность спла­ вов к солевой коррозии были получены в работе [233].

Хотя наблюдается общая тенденция к уменьшению склонности сплавов к солевой коррозии с уменьшением содержания алюминия, из этой закономерности есть до­ вольно много исключений. Так, например, Тарле и Аве­ ри [221, с. 1] обнаружили, что сплав Ti—5А1—2,5 Sn бо­ лее склонен к солевой коррозии, чем сплав Ti—8А1— 1Мо—IV. В работах [221, с. 1 и 152] отмечается, что сплав Ti—5А1—2,5Sn более склонен к солевой кор­ розии, чем сплав Ti—6А1—4V. Вполне возможно, что относительная склонность сплавов к солевой коррозии зависит от температуры испытаний. В таком случае по­ следовательность сплавов в вышеприведенном ряде бу­ дет изменяться с изменением температуры.

Разумеется, при выборе сплавов для тех или иных применений нужно учитывать не только их склонность к солевой коррозии, но и жаропрочность. Так, например, хотя сплав RS—140 мало склонен к солевой коррозии, он совершенно непригоден для высокотемпературных применений из-за малой жаропрочности. Сплав Ti—8А1—1Мо—IV более склонен к солевой коррозии, чем сплав Ti—6А1—4V, но при температурах выше 427° С пороговые напряжения для него больше, чем для второго сплава.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА СКЛОННОСТЬ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ К СОЛЕВОЙ КОРРОЗИИ

Наиболее полно влияние различных режимов термо­ обработки на развитие солевой коррозии было изучено для сплава Ti—8А1—IMo—IV, который -подвергают одинарному, двойному и тройному отжигу. При оди­

2)0

нарном отжиге сплав нагревают при 790° С в течение 8 ч и охлаждают с печью; двойной отжиг включает в се­ бя нагрев при 955° С и последующее охлаждение с пе-

745° С в течение 15 мин, охлаждение на воздухе.

Ридеут, Лоусан и Селгби [228] не обнаружили за­ метной разницы в склонности сплава Ti—8А1—1Мо—IV к солевой коррозии после простого и двойного отжига. Вместе с тем они отмечают, что чувствительность этого сплава к солевой коррозии сильно уменьшается с увели­ чением скорости охлаждения с температуры 790° С. В работе [221, с. 194] также не было замечено разли­ чия в склонности сплава Ti—8А1—IMo-—IV к солевой коррозии после простого и двойного отжига. В изогну­ тых образцах сплава Ti—8А1—IMo—IV, отожженных для снятия напряжений при 790° С, солевая коррозия развивается почти в той же степени, как и в неотожженных образцах [221, с. 31]. Но отжиг при 900 и 1010° С устраняет склонность изогнутых образцов к солевой кор­ розии.

Отжиг для снятия внутренних напряжений при 790° С уменьшает склонность к солевой коррозии, причем бо­ лее сильно при отжиге в аргоне, чем при отжиге на воз­ духе [221, с. 194]. Следует отметить, что в этой серии экспериментов окисный слой, образующийся при отжи­ ге, удаляли с поверхности путем обдувки окисью алю­ миния. Поэтому усиление солевой коррозии при отжи­ ге образцов на воздухе авторы объясняют тем, что в этом случае, помимо слоя окиси, образуется обогащен­ ный кислородом слой.

В работе [221, с. 53] методом люминесценции была изучена склонность сплава Ti—8А1—IMo—IV к обра­ зованию трещин при солевой коррозии после одинарно­ го, двойного и тройного отжига. После одинарного от­ жига было обнаружено огромное количество трещин, после двойного — меньше, а после тройного — ни одной.

После выдержки при температуре 260° С в течение 1000 ч образцы были испытаны на растяжение при ком­ натной температуре. Наиболее сильное снижение пла­ стичности сплава Ti—8А1—IMo—IV происходит после простого отжига, а наименьшее — после тройного. Су­

щественное влияние оказывает и температура отжига. Тройной отжиг при 1010° С практически устраняет склон­ ность сплава Ti—8А1—1Мо—IV к солевой коррозии при выдержке в течение до 1000 ч при 260° С, в то время как после тройного отжига при 980° Г. солевая коррозия развивается. Условия нанесения солевого покрытия в этих экспериментах были разными: в первом случае на поверхность образцов наносили рассол, во втором случае образцы погружали в солевой раствор [221,

с. 53].

Анализ экспериментальных данных, приведенных для сплава Ti—8А1—1 Мо—IV, показывает, что этот сплав обладает наибольшим сопротивлением коррозии, когда его микроструктура представлена островками первичной се-фазы внутри превращенной (1-фазы, продукты распа­ да которой имеют пластинчатую форму. Если структура этого сплава представлена в основном .равновесными зернами a -фазы, то он очень склонен к солевой корро­ зии. Следовательно, этот сплав нужно отжигать в а+|3- области вблизи верхней границы а+*|3-превращения. К сожалению, из опубликованных работ неясно, доста­ точно ли для положительного эффекта одинарного от­ жига при таких температурах или непременно нужен тройной отжиг.

В работе [221, с. 80] было обнаружено, что некото­ рые партии сплавов обладают необычно высоким сопро­ тивлением солевой коррозии. Обычно партии сплава с плохим сопротивлением коррозии имели крупнозернис­ тую структуру. Однако не всегда мелкозернистый мате­ риал был мало склонен к солевой коррозии.

Оценить влияние упрочняющей термообработки на склонность сплавов Ti—6А1—4V; Ti —7А1—4Мо; Ti— 6А1-—6V--2Sn к солевой коррозии оказалось труд­ нее, так как при температурах развития солевой корро­ зии в них шли процессы распада, существенно влияю­ щие на их свойства [221, с. 53]. Тем не менее в работе [221, с. 1] однозначно утверждается, что пороговые на­ пряжения при солевой коррозии для сплавов Ti—6А1— 4V и RS—140 в состаренном состоянии больше, чем в отожженном. Сплав Ti—4А1—ЗМо—IV и в состарен­ ном, и отожженном состоянии при температурах испы­ тания 320—430° С обладает одинаковыми пороговыми напряжениями.

Приведенные данные показывают, что для каждого

212

сплава несомненно можно подобрать режимы термичес­ кой обработки, при которых их склонность к солевой коррозии будет минимальна.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СКЛОННОСТЬ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ К СОЛЕВОЙ КОРРОЗИИ

Склонность к солевой коррозии можно свести к ми­ нимуму путем рациональной технологии получения по­ луфабрикатов. Так, например, сплав Ti—7А1—12Zr имеет наибольшее сопротивление солевой коррозии, ког­ да длительность и температуры прокатки и отжига ми­ нимальны. Наоборот, увеличение продолжительности и повышение температуры отжига и прокатки усиливают склонность к солевой коррозии. Аналогичная закономер­ ность была обнаружена для (1-сплава Ti—13V—11Сг— ЗА1. Сплав Ti—13V-—ПСг—3A1 можно сделать не­ чувствительным к солевой коррозии, если его прокатать вхолодную с обжатиями более 50%• После такой про­ катки надо провести низкотемпературный отжиг [221, с. 80]. Холодная деформация растяжением на 5% уси­ ливает интенсивность солевой коррозии в сплаве Ti—8А1—1 Мо—IV. Отсюда следует, что влияние сте­ пени деформации на склонность титановых сплавов к со­ левой коррозии зависит от схемы деформированного со­ стояния.

Технологические операции, которые применяют при изготовлении изделий из полуфабрикатов, также могут оказывать существенное влияние на склонность титано­ вых сплавов к солевой коррозии. Интересные данные по этому вопросу были получены в работе [221, с. 53]. В этой работе выполненные различными способами сое­ динения элементов конструкции из разных сплавов бы­ ли подвергнуты действию соли при одновременном дей­ ствии напряжений. Одновременно испытывали конт­ рольные образцы без каких-либо соединений. В работе были исследованы соединения из таких сплавов, сильно склонных к солевой коррозии, как Ti—5А1—2,5 Sn; Ti—8А1—IMo—IV; Ti—3A1—13V—ПСг. Однако уро­ вень напряжений был выбран не слишком высоким, так что даже эти сплавы при контрольных испытаниях про­ стояли значительное время.

Проведенные исследования показали, что в сплаве Ti—8А1—1 Мо—IV при 260 и 340° С не развивается со­

213

левой коррозии в течение 5000 ч при проведении испы­ таний на изгиб под напряжением 56 кгс/мм2 простых листовых образцов, а также болтовых соединений и сое­ динений, полученных точечной сваркой и сваркой плавле­ нием. В образцах, изогнутых под углом 90°, было обна­ ружено тонкое растрескивание на растянутых поверхно­ стях после воздействия соли в течение 2000 ч.

Сплав Ti—13 V—11 Сг—ЗА1 как в отожженном, так и в состаренном состоянии в этих условиях более скло­ нен к солевой коррозии.

Болтовые соединения, а также соединения, получен­ ные точечной сваркой и сваркой плавлением, разруши­ лись при 260° С менее чем за 96 ч. Простые листовые об­ разцы без соединений из этого сплава не разрушились в течение 1000 ч. В клепаных соединениях с заклепками из этого же сплава также произошло растрескивание менее чем за 96 ч. Соединения из сплава Ti—5А1—2,5 Sn также оказались менее стойкими, чем основной металл. Таким образом, при выборе титановых сплавов для тех или иных применений следует учитывать, что места сое­ динений могут быть более чувствительны к солевой кор­ розии, чем основной материал.

Большое влияние на развитие солевой коррозии ока­ зывает состояние поверхности сплава. Так, например, сопротивление сплава Ti—8А1—1 Мо—IV солевой кор­ розии после механической обработки значительно выше, чем после химического травления [146]. При темпера­ туре 315° С склонность сплава к солевой коррозии резко возрастала при напряжениях свыше 60 кгс/мм2 после механической обработки и при напряжениях выше 25 кгс/мм2 после химического травления. С повышением температуры испытаний различие в поведении материа­ ла с различным состоянием поверхности уменьшалось.

ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТРЕЩИН ПРИ СОЛЕВОЙ КОРРОЗИИ

Почти во всех работах, посвященных солевой корро­ зии, изучали те изменения, которые наблюдаются на по­ верхности титановых образцов при их контакте с солью. Эти исследования показали, что при температуре 315° С не видно никаких поверхностных дефектов, за исключе­ нием легкого изменения цвета поверхности. С повыше­ нием температуры изменение окраски усиливается. При

214

температурах 370—430° С на поверхности появляются ямки и поверхность становится более грубой. При тем­ пературе 650° С на поверхности титана через 24 ч обра­ зуется черная пленка, которая через 70 ч становится бе­ лой или желтовато-белой [221, с. 80].

В определенном интервале температур, несколько различном для разных сплавов, но обычно выше 290° С, при действии растягивающих напряжений вблизи отло­ жений поваренной соли в металле зарождаются трещи­ ны. Они могут зарождаться на ровной поверхности без каких-либо заметных следов коррозии, а также на уг­ лублениях и ямках. Однако ни в одном случае трещины не зарождались на следах от механической обработки. Интенсивность солевой коррозии не зависит ни от чисто­ ты поверхности после механической обработки, ни от на­ личия неровностей на ее поверхности, ни от надрезов.

Трещины зарождаются довольно быстро, но растут медленно. На предварительно отполированных поверх­ ностях листа из сплава Ti—8А1—1 Мо—IV при прове­ дении испытаний при 343°С на образцах, изогнутых до предела текучести, трещины зарождались спустя три с половиной часа, а за последующие 14 сут. они продви­

пример в сплаве Ti—4А1—ЗМо—IV, трещины развива­

Ti—5А1—2,5 Sn, трещины развиваются как по границам зерен, так и по плоскостям внутри зерен, причем транскристаллитное растрескивание преобладает [221, с. 1]. В сплаве Ti—6 А1—4 V, занимающем по склонности к со­ левой коррозии промежуточное положение между спла­ вами Ti—4А1—ЗМо—IV и Ti—5А1—2,5 Sn, наблюдают­ ся транскристаллитные трещины, но в меньшем количе­ стве, чем в последнем сплаве. Поверхностные трещины окислены, их цвет меняется от соломенно-желтого че­ рез ярко-синий до серого [230]. Наличие окислов на поверхности подтверждается электронномикроскопичес­ кими исследованиями.

ПРЕДЛОЖЕННЫЕ ГИПОТЕЗЫ СОЛЕВОЙ КОРРОЗИИ

В результате многочисленных опытов, поставленных американскими учеными с целью выяснения химизма

215.

солевой коррозии титановых сплавов под напряжением, был получен большой фактический материал и предло­ жено несколько механизмов, объясняющих этот процесс. Но, несмотря на то, что в этих работах использовались такие тонкие методы исследования, как электроногра­ фия, рентгеноструктурный анализ, масс-спектроскопия, газовая хроматография и авторадиография, ученые не пришли к единому мнению.

Разноречивость опытных данных, вероятно, объясня­ ется тем, что в большинстве случаев группы авторов ра­ ботали над различными сплавами и применяли различ­ ные методы исследования. При разработке гипотез со­ левой коррозии большинство авторов предполагало коррозионное разрушение только титана, не учитывая возможности участия в этих процессах и легирующих компонентов.

Ридеут и др. [221, с. 137] установили, что NaCl и КС1 вызывают более активную солевую коррозию, чем другие галогениды (MgCl2, СаС12, NaBr и Nal), хотя это и не согласуется с установленным этими же автора­ ми фактом неучастия натрия в процессах коррозии. Хаймерл и др. [221, с. 194] пришли к аналогичному вы­ воду. Они расположили соли в следующий ряд по убы­ ванию коррозионной активности: NaCl, синтетическая морская соль (7 ч. NaCl + 1 ч. MgCl2), естественная мор­ ская соль, СаС12 и MgCl2.

никто не пытался объяснить большую активность пова­ ренной соли по сравнению, например, с хлоридом маг­ ния.

Ридеут и др. [221, с. 137] установили, что в атмос­ фере сухого хлористого водорода нагруженные образцы разрушаются значительно медленнее, чем во влажном. Они считают, что разрушение происходит только при на­ личии поверхностной коррозии, а поверхностная корро­ зия имеет электрохимический характер и, следователь­ но, может происходить только в присутствии влаги. Хатч и др. [221, с. 122] пришли к выводу, что в совершенно сухом воздухе не идет солевая коррозия, но она также не идет и в водяных парах без свободного кислорода. Они считают, что для солевой коррозии необходимо на­ личие кислорода, влаги, хлоридов, а основным источнш

210