книги из ГПНТБ / Свойства титановых сплавов в сложных условиях применения сборник статей

112

Уменьшение микротвердости os поверхности образца по краю трещины к ее основанию (ри с.4 и 5 ), а также изменение глубины газонасыщенного слоя (ри с.6) могут служить критерием для оцен­ ки кинетики развития трещины в процессе испытания. В частности, сужение газонасыщеййого слоя по краю трещины к ее основанию является доказательством того, что трещина при испытании возни­ кает не сразу на всю свою глубину, а развивается постепенно.

На микрофотографии (ри с.6) очень хорошо видны границы меж­ ду газонасыщенным слоем и основным материалом, имеющие вид свое­ образных "разрыхленных" зон и представляющие собой, видимо, фронт диффузии примесей.

Т а б л и ц а 2

Изменение микротвердости материала в результате газона-

На основании анализа микроструктуры и данных микротвердости зоны трещины образцов исследованных сплавов можно высказать предположение о характере развития трещины термической устало-

Инженер-полковник ПУЛЬЦИН Н.М., инженер-майор ЛАРИОНОВ В.А.

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ТИТАНОВОГО

СПЛАВА OT4-I ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАСТЯГИВАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Высокая механическая прочность и коррозионная стойкость во многих агрессивных средах в сочетании с малым удельным весом позволяет широко использовать титан и его сплавы в различных отраслях машиностроения. При этом большое значение имеет спо­ собность титана работать в сложных условиях эксплуатации. Од­ нако поведение титановых сплавов,при одновременном действии напряжений и коррозионных сред еще недостаточно изучено. Элек­ тродный потенциал титана является одним из важнейших критериев оценки коррозионной стойкости его в подобных условиях. Знание этого потенциала в различных условиях службы позволяет правиль­ но скомпоновать, обработать и применить титановые сплавы.

Титан, как известно, является термодинамически неустойчи­ вым металлом [ ] lj, а высокая коррозионная стойкость его в ряде сред объясняется образованием на поверхности титана защитных пленок. Пассивное состояние является устойчивым только в том случае, если защитная пленка самопроизвольно восстанавливается. Это наблюдается не во всех коррозионных средах. В плавиковой, соляной и серной кислотах определенных концентраций защитные пленки разрушаются, и восстановление их не происходит. Однако при некоторых концентрациях этих сред возможно пассивирование титана и его сплавов, если в указанных средах находится ра­

115

створенный кислород воздуха. Так, например, в 20%-ной серной кислоте происходит образование на титане и его сплавах пассив­ ной окисной пленки., повышающей значение электродного потенциа­ ла.

При этом указанный процесс является настолько интенсивным, что даже после механической зачистки поверхности или разруше­ ния защитной пленки каким-либо другим способом восстановление

еепроисходит довольно быстро [ 2 ].

Внастоящей работе была поставлена задача исследования изме­ нения электродного потенциала титанового сплава 0T4-I под дей­ ствием растягивающих напряжений, вызывающих разрушение защит­ ной окисной пленки. Этот сплав широко применяется для изделий, работающих в агрессивных средах. В качестве коррозионной сре­ ды была выбрана 20%-ная серная кислота, в которой возможно вос­ становление пассивности металла.

Исследования проводились на установке, состоящей из машины

МП-8, коррозионной ячейки и узла измерения электродного потэн-

?и с .1 . Схема установки для измерения электродного потенциала при действии на материал растягивающих напряжений:

116

циала с помощью каломельного электрода и потенциометра. Схема установки представлена на рис.1. Эскиз образца, примененного при испытаниях, приведен на рис.2 .

Коррозионная ячейка, из­

В процессе испытаний измерение электродного потенциала про­ водилось в исходном состоянии и при нагружении материала напря­ жениями равными 12,5; 25; 37,5; 50; 62,5; 68,75; 75%,и далее через каждые 6,25% до 100% от предела прочности исследуемого материала, равного 71 кг/мм^. Отсчеты проводились сразу после нагружения и через 5 мин с момента приложения нагрузки. При этом вследствие непродолжительности выдержки установившееся значение электродного потенциала не достигалось. Результаты проведенных опытов представлены графически на рис.З и 4.

Анализ графиков на рис.З показывает, что до напряжения, равного примерно 70% от предела прочности, значение электрод­ ного потенциала, полученного сразу после приложения нагрузки, меньше потенциала, определенного через 5 мин после нагружения. Это свидетельствует о том, что при указанных напряжениях нару­ шенная при нагружении в результате упругой деформации материа­ ла пассивная пленка восстанавливается в процессе последующей 5-минутной выдержки его в агрессивной среде, т .е . титановый сплав пассивируется.

При больших напряжениях, когда в материале развивается значительная пластическая деформация, такого пассивирования не наблюдается, а наоборот, в результате выдержки электродный потенциал не только не повышается, а даже снижается. Уменьше­ ние потенциала, как видно из графиков, происходит и в резуль­ тате увеличения напряжения.

На основании сказанного можно предположить, что увеличение напряжения до значений выше предела текучести в результате зна-

I I ?

Рис.З. Графики изменения электродного потенциала сплава 0T4-I в 20%-ном растворе серной кислоты в зависимости от величины

118

В настоящей работе были выполнены опыты по достижению уста­ новившегося значения электродного потенциала сплава 0T4-I в 20%—ной серной кислоте, а также по исследованию влияния на ве­ личину этого потенциала периодически прикладываемых к образцу растягивающих напряжений.

Достижение установившегося электродного потенциала осуще­ ствлялось выдержкой сплава в коррозионной среде в течение дли­ тельного времени* При этом величина потенциала определялась через каждые 1В мин выдержки. Потенциал считался установившим­ ся, если величина его в течение часа изменялась не более, чем на 0,5 мв. Время достижения установившегося потенциала состав­ ляет 20-25 час. Примерно такое же время достижения установивше­

После достижения установившегося потенциала на двух образ­ цах независимо были проведены опыты по исследованию влияния на него растягивающих напряжений. Для этого к одному образцу периодически прикладывалось и снималось напряжение, равное '

62,5% от предела прочности, а к другому - 75%. Измерение потен­ циала в течение цикла опыта проводилось четырежды: сразу после приложения напряжения, через час после этого, сразу после сня­ тия напряжения и через час после этого.

5

*Э 0,015

Ф 7

Рис.5 . Графики изменения установившегося потенциала сплава 0T4-I в 20%-ной серной кислоте при периодическом приложении и снятии

растягивающих напряжений, составляющих от предела прочности:

а - 62,5%; 6 - 7 5 %

119

Соответствующие графики изменения установившегося электрод­ ного потенциала во времени представлены на рис.5 . Стрелками указаны моменты приложения (стелка вниз) и снятия (стелка вверх) напряжения. Графики иллюстрируют изменение потенциала в тече­ ние пяти циклов. Они показывают, что значение потенциала как в конце каждого цикла, так и в конце пяти циклов восстанавли­

вается до прежнего значения или даже становится несколько боль­ шим. Это имеет место при обоих исследованных напряжениях.~

Вместе с тем внутри каждого цикла в результате приложения

На основании проведенных исследований можно заключить, что в результате действия растягивающих напряжений электродный по­ тенциал сплава 0T4-I в 20#-ной серной кислоте уменьшается. При этом неустановившийся потенциал, уменьшаясь при приложении на­ пряжения, увеличивается в процессе выдержки материала под напряжением. Это имеет место вплоть до напряжения, равного 70# от предела прочности, при котором величина потенциала является максимальной, равной 0,3 в . При большем напряжении происходит уменьшение потенциала как при приложении напряжения, так и в процессе выдержки.

Установившийся потенциал сплава QT4-I в 20#-ной серной кис­