ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Практические рекомендации по защите от коррозионного растрескивания из "Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов" В предшествующих разделах были использованы очень чувствительные к КР сплавы и различные термообработки для иллюстрации специфического влияния. В этом разделе будут даны некоторые практические рекомендации по защите от КР титановых сплавов, в частности наиболее широко применяемого сплава Т -6 А1-4 V. [c.413] Титан и его сплавы используют в возрастающем масштабе в промышленности благодаря преимуществу их специальных характеристик. Такие свойства, как относительно высокая прочность, превосходная общая коррозионная стойкость и плотность, промежуточная между алюминием и сталью, делают титан перспективным конструкционным материалом. Прогресс в производстве титана способствовал получению различных полуфабрикатов из титановых сплавов от проволоки и фольги до крупногабаритных заготовок. Возможно также производство деталей методами литья и порошковой металлургии. Большинство технологических операций на титане совершаются при высоких температурах. Вследствие большой реактивности сплавов титана и тенденции к загрязнению поверхности необходимо соблюдение мер предосторожности при его производстве. Однако реактивность, особенно способность титана растворять собственные окислы, может быть использована в производстве сложных деталей методами диффузионной сварки. [c.413] Несколько работ [11, 228, 2201 содержат описание промышленного применения титана. Свыше 50% производимого титана расходуется в авиационно-космических целях. При этом наибольший процент использования полуфабрикатов из титана приходится на изготовление турбин. Такие свойства титана, как усталость, термическая стабильность, окисляемость и эрозия, лимитируют его применение [230]. В связи с возрастанием рабочих температур газовых турбин проблемы, связанные с высокотемпературным солевым КР, становятся более существенными. [c.413] При сравнении эксплуатационных характеристик при использовании сплавов на основе железа, алюминия и титана очевидна недостаточность таких данных для титановых сплавов. Это объясняется, во-первых, тем, что использование титановых сплавов началось сравнительно недавно, во-вторых, нсЕШТорые данные, полученные на военных конструкциях, составляют секретную информацию. Следует отметить различия в поведении алюминия и титановых сплавов в водных растворах, которые, вероятно, являются общими и для других сред. Алюминиевые силавы проявляют КР при очень низких величинах К- При этом часто трудно определить величину Л хкр [230]. Для титановых сплавов сравнительно легко определить пороговую величину Кгкр и установить, развивается процесс КР или нет. Кроме того, скорости роста трещин в титановых сплавах обычно более высокие (10 см/с). Таким образом, в противоположность алюминиевым сплавам коррозионное растрескивание титановых сплавов легче предотвратить, чем уменьшить скорости роста трещин. В алюминиевых сплавах последнее достигается перестариванием [230]. Доступные эксплуатационные данные для титановых сплавов указывают на отсутствие проблем КР для большинства случаев применений немногие, скорее впечатляющие, исключения были даны в тексте. Можно надеяться, что этот обзор, суммирующий известные особенности КР, создаст основу для распознания и устранения потенциальных проблем КР в будущем. [c.414] При выборе титановых сплавов необходимой предпосылкой является точное определение механических воздействий и химических сред, испытываемых конструкцией. Приведенные точки зрения могут рассматриваться только как указания потенциальных проблем, поскольку они не основываются на опыте эксплуатации. [c.414] Дополнительно к любым извне приложенным напряжениям другие напряжения могут возникать в деталях конструкции в результате деформирования и штамповки, термической обработки и других производственных процессов. Источники таких напряжений и способы ограничения напряжений кратко изложены в работе [231]. Вероятно, наиболее важное влияние остаточных напряжений в титановых сплавах проявляется в потере свойств под действием переменных напряжений (эффект Баушингера, который крайне велик в титановых сплавах). Однако остаточные напряжения могут оказывать двоякое влияние на процесс КР. Во-первых, поверхностные напряжения сжатия (получаемые в результате ковки) могут быть полезными в части снижения чувствительности к КР в горячих солях. Во-вторых, остаточные напряжения растяжения могут привести к неожиданным проблемам КР, поскольку локальные напряжения могут возрасти до величин, превышающих допустимые значения. [c.414] Все конструкции запроектированы для работы под действием упругих нагрузок, поэтому для зарождения во многих титановых сплавах трещин коррозионного растрескивания в водных средах требуются некоторые виды концентраторов напряжений. Такие концентраторы напряжений могут быть образованы несколькими путями, которые обсуждаются ниже. [c.414] Эти процессы играют важную роль при использовании титановых сплавов в установках опреснения воды и в сверхзвуковых самолетах. Некоторые опреснительные установки сконструированы частично из титана или из малолегированных сплавов титана. Было показано, что добавки 0.2% Рс1 (а также никеля и молибдена) уменьшают тенденцию к щелевой коррозии [232]. Необходимо отметить, что эти малолегироваиные титановые сплавы не чувствительны к КР в водных средах. Полное разрушение не будет происходить по этому механизму. Для конструкции сверхзвуковых самолетов используют более высокопрочные сплавы, которые проявляют некоторую чувствительность к коррозионному растрескиванию, поэтому щелевая и питтинговая коррозия могли привести к участкам зарождения трещин. [c.415] Было показано, что очень высокие остаточные напряжения возникают после сварки. Например, напряжения в долевом направлении по отношению к центральной граничной линии сварного шва 414 МПа были замерены в сплаве Т1—6А1—4У [233]. Большинство сварных конструкций после сварки подвергаются термической обработке (циклической), точные режимы, которой зависят от сплава. Наиболее широко на практике применяется нагрев в интервале 540—870 °С в течение 15—60 мин. Наконец, следует отметить, что металл сварного шва и зона, подверженная нагреву, будут иметь различные микроструктуры по отношению к основному металлу. Эти микроструктуры должны видоизменяться в дальнейшем за счет термообработки, проводимой после сварки. Режимы термической обработки должны быть выбраны с учетом возможного образования нежелательной фазы в структуре. Например, медленное охлаждение силава Т1—5А1 — 2,58п в результате может привести к выделению аг-фазы. т. е. к увеличению чувствительности к КР. [c.415] Выбор титанового сплава для применения в проектируемой конструкции должен основываться на известных свойствах и на практическом-опыте. Обобщающие данные по свойствам титановых сплавов могут быть найдены в литературе [235, 236], но следует подчеркнутв, чтО параметры вязкости разрушения Кс, Ки и величина Кгкр не всегда были включены. К тому же следует заметить, что для любого сплава широкий диапазон свойств может быть получен при изменении режимов термической обработки и незначительном изменении химического состава. [c.418] Для оценки влияния параметров, плавления иа свойства материала все другие параметры обработки, такие как термообработка,, ориентация образца и т. д., даи-жны быть постоянными. В литературе имеется очень мало данных, которые можно использовать для проведения строгого статистического анализа изменения свойств. В табл. 12 приводятся данные четырех плавок сплава Т1—6А1—4У, предоставленные различными производителями. Заметим, что изменения Ки составляют 15%, а Кшр -25%. [c.420] В общем оказывается, что листы и плиты, полученные при карточном способе прокатки, имеют более изотропные свойства по сравнению с материалом, полученным в условиях непрерывной прокатки. В последнем случае свойства в поперечном направлении много ниже, чем в других направлениях. Более подробное обобщение влияния обработки и текстуры дается ниже по данным [94]. для сплава Т1 — 8А1—Шо—IV и по данным [243] для сплава — А1 — 4У. Зти результаты схематически обобщены на рис. 108. [c.423] Вышеуказанные положения относятся к усредненной четко выраженной текстуре плит и листового материала и не дают полного описания характеристик микроструктуры. В работе [243] отмечено, что при горячей обработке в области высоких температур в сплаве Т — 6А1 — 4У образуются пластинчатые структуры, в которых группы пластин а-фазы общей ориентации концентрируются в локализованной зоне. Такие структуры без сомнения относятся к структурам с колониями а-фазы, о которых упоминалось выше. Как было показано, такие структуры не оказывают ярко выраженного влияния на КР. Однако осторожность должна быть проявлена в случае изгиба деталей большого сечения с пластинчатой структурой. Возможно, что подобная ситуация может возникать в случае алюминиевых сплавов, в которых высотное направление наиболее опасное. Можно ожидать, что для титановых сплавов важным фактором является боковая протяженность пластин структуры а-фазы, хотя это не было исследовано подробно. Существование таких полос в структуре обусловливает, вероятно, области полосчатости, наблюдаемые на многих поверхностях разрушения (см. рис. 109, а). Если это справедливо, то небольшая боковая протяженность полосчатости указывает, что полосы имеют подобный небольшой боковой размер, поэтому такие структуры могут быть более точно определены как двояковыпуклые, а не пластинчатые. [c.423] Равноосные структуры (а+Р)-фаз в отличие от пластинчатых имеют более изотропный характер разрушения, как показано на рис. 109, б. [c.423] В заключение следует отметить, что некоторое понимание было достигнуто в описании состава, технологической обработки и термообработки, которые контролируют свойства силава — 6А1 — 4У. Эти факторы могут быть рассмотрены и по отношению к другим (а-ьР)-сплавам, хотя это не было доказано непосредственно. Для других сплавов влияние состава (включая элементы иримесей) и параметров обработки не было достаточно понято, хотя влияние термообработки по крайней мере частично установлено для большинства сплавов. Необходимо еще раз подчеркнуть, что приведенная выше дискуссия является сверхупрощенной надеемся, что читатель определит взаимозависимость между многими рассмотренными факторами. [c.426] Авторам известно только два примера использования данных коррозии под напряжением при проектировании реальных конструкций. Титановые сплавы используются для изготовления емкостей, работающих под давлением, и других конструкций в соответствии с военной и космической программами США в космическом корабле Apollo применены специфические сосуды под давлением (табл. 13) [244J. Главные параметры выбора материала для та ких целей приводятся в работе [245] в которой делается упор на совместимость материала и среды. [c.426] Способы ограничения или устранения коррозионного растрескивания, очевидно, зависят от тех механических нагрузок и химического воздействия среды, которые будут испытывать элементы конструкции в эксплуатационных условиях. Из раздела, в котором представлены данные о коррозионном растрескивании, следует, что способы защиты, являющиеся удовлетворительными для одной среды, могут быть неэффективными для другой. [c.428] Перечисленные методы не применимы к сплавам на основе р-фазы или к очень чувствительным а- или (a-f р)-сплавам, например содержащим 8% А1. [c.428] В кислых растворах, однако, водородное охрупчивание наблюдали. К тому же катодная защита невозможна в концентрированных галоидных кислотах (см. рис. 22). [c.429] Необходимо отметить, что приведенные замечания не могут относиться к сплавам, стойким против КР в водных растворах. [c.429] Вернуться к основной статье