книги из ГПНТБ / Свойства титановых сплавов в сложных условиях применения сборник статей
..pdf61
ние микроструктур образцов, подвергнутых газонасыщению на воз духе (рис.15, б) и в вакууме (ри с.1 6 ,б ), при одинаковом уве личение показывает, что альфированная часть газонасыщенного слоя при обработке в вакууме получается значительно меньше, чем при обработке на воздухе.
Альфированный слой, имеющий структуру чистого твердого ра створа о(. , является только частью газо насыщенного слоя. Об этом убедительно говорят размеры отпечатков индентора микро твердомера, видимые на микроструктурах, особенно на рис,1 5 ,а . Это же подтверждается и сопоставлением глубин зоны газонасы щения, полученных по микротвердости и по структуре. Глубина
альфироваиного |
слоя образца сплава |
0T4-I после выдержки при |
750° в течение |
5 час, определенная |
по микроструктуре (р и с .1 5 ,а ), |
составляет 0,06 мм, а глубина газонасыщенного слоя, определен ная по микротвердости (табл .I),равн а 0,07 мм.
Испытания на к о р р о з и ю
Наряду с испытаниями на загиб, было проведено исследование влияния газонасыщения при низких температурах (600-750°) на
,коррозионную стойкость,. Исследованию подвергались пластины сплава BT5-I, обработанные по указанным выше режимам. В каче стве коррозионной среды была выбрана 70%-ная серная кислота.
Оценка стойкости против коррозии проводилась путем ежесу
точного взвешивания образцов и определения потери |
веса, выра |
|||
женной в г/м ^. |
|
|
|
|
В процессе испытаний на коррозию проводилось визуальное |
||||
наблюдение за образцами и отмечалось изменение их внешнего |
ви |
|||
да. При этом было замечено, что |
на образцах 9, I I , |
15 |
и 16 |
на |
5 - 6 сутки испытаний появился |
черный порошкообразный |
налет, |
крепко сцепленный с основным материалом. Этот налет сохранялся до 10-го дня испытаний включительно. На образце 14 на 5-е сут ки испытаний была отмечена обычная блестящая протравленная по
вер хн ость, как |
и |
на |
большинстве испытуемых |
образцов. |
На образце |
I |
на |
6-е сутки и на образце |
3 на 7-е сутки было |
отмечено появление очагов местной коррозии, которые выглядели как нарушение сплошности поверхностного слоя. На том же образ це 3 на 9-е сутки очаги местной коррозии настолько развились,
62
что на поверхности образца остались только отдельные участки газонасыщенного слоя. На образце I на 8-е сутки очаги местной коррозии развились в участки неравномерной язвенной коррозии.
Язвенная коррозия была отмечена на образце 2 на 8-е и 9-е сутки испытания и на образце 4 на 6-е сутки испытания. Ранее,
на 6-е |
сутки, на образце |
2 было отмечено появление темного на |
л ета. |
На образце 4 позднее, на 8-, 9 и 10-е сутки испытания, |
|
была отмечена неравномерная послойная коррозия. |
||
Результаты испытаний |
на коррозию, выраженные потерей веса |
|
образцов, представлены в |
табл.2 . По данным этой таблицы с уче |
том площади поверхности образцов были проведены соответствую щие расчеты и построены кинетические кривые коррозии, представ ленные на рис.17 .
Рис.17 . Кинетические кривые коррозии образцов сплава BT5-I в 7($-ной серной кислоте
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
Потеря |
веса |
образцов |
сплава |
BT5-I в процессе испытания на коррозию в 70^-ной серной кислоте |
|
|||||||||
Клей |
|
|
Суммарная потеря |
веса |
образца в |
миллиграммах в |
течение |
времени в |
сутках |
|
|
|||
мо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об |
I' |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
II |
12 |
|
разца |
|
|
||||||||||||
I |
0 |
■ |
0 |
0 |
0 |
2 |
20 |
98 |
226 |
346 |
475 |
584 |
682 |
|
2 |
0 |
|
0 |
0,5 |
I |
3 |
14 |
48 |
112 |
195 |
296 |
393 |
483 |
|
3 |
0 |
|
0 |
0 |
0,1 |
0,6 |
2 |
9 |
35 |
105 |
217 |
329 |
432 |
|
4 |
0,5 |
|
I |
24 |
48 |
И З |
204 |
318 |
430 |
531 |
636 |
726 |
811 |
|
5 |
73 |
|
146 |
186 |
371 |
481 |
586 |
698 |
806 |
- |
- |
- |
- |
|
6 |
25 |
» |
50 |
136 |
273 |
373 |
471 |
581 |
686 |
774 |
- |
- |
— |
|
7 |
0,5 |
|
I |
74 |
147 |
263 |
373 |
496 |
611 |
711 |
815 |
904 |
_ |
Ч |
8 |
0 |
|
0 |
0,6 |
1,2 |
7 |
48 |
136 |
246 |
350 |
468 |
568 |
657 |
|
9 |
14 |
|
28 |
93 |
186 |
267 |
273 |
330 . |
336 |
348 |
362 |
370 |
388 |
|
10 |
70 |
|
139 |
197 |
394 |
503 |
613 |
732 |
846 |
- |
- |
- |
- |
|
II |
4 |
|
8 |
69 |
139 |
199 |
204 |
273 |
286 |
289 |
320 |
323 |
344 |
|
12 |
7 |
|
. 15 |
132 |
263 |
396 |
476 |
606 |
701 |
762 |
775 |
789 |
848 |
|
13 |
77 |
|
154 |
180 |
359 |
451 |
543 |
640 |
731 |
- |
- |
- |
- |
|
14 |
85 |
|
170 |
214 |
427 |
534 |
649 |
768 |
878 |
- |
- |
- |
- |
|
15 |
21 |
|
42 |
121 |
242 |
323 |
331 |
361 |
435 |
450 |
463 |
467 |
497 |
|
16 |
21 |
|
43 |
101 |
202 |
270 |
275 |
356 |
393 |
425 |
432 |
444 |
453 |
|
Анализируя данные табл.2 и рис.17, все исследованные образ цы по стойкости их против коррозии в 70%-ной серной кислоте можно условно подразделить на четыре группы, названные нами условно группами стойкости.
К первой группе относятся самые нестойкие образцы 5 , 10, 13 и 14, которые корродируют с очень большой скоростью, прак тически постоянной на протяжении'всего периода испытаний.
Ко второй группе относятся образцы 4, 6, 7 и 12, коррозия которых на первом этапе испытаний в течение двух-трех суток развивается медленно, а затем ускоряется и протекает с той же скоростью, как и на образцах первой группы. Таким образом, для образцов второй группы свойственно некоторое замедление корро зии на первом этапе испытаний, вызываемое, видимо, повышенной пассивностью поверхности образцов.
К третьей группе относятся образцы I , 2, 3 и 8, которые отличаются тем, что в течение первых пяти-шести суток их кор розия практически не развивается. По истечении этого времени образцы начинают разрушаться и уже на седьмые-восьмые сутки - корродируют так же быстро, как и образцы первой и второй групп. Таким образом образцы третьей группы являются стойкими против коррозии на первом весьма продолжительном этапе испытаний,что иожет быть объяснено высокой пассивностью поверхности в этих условиях.
К четвертой группе относятся образцы 9, I I , 15 и 16, кото рые на первом и втором этапах ведут себя так же, как и образ цы второй группы, т .е . коррозия их сначала развивается медлен но, а затем ускоряется и протекает почти с той же скоростью, как и на образцах первой группы. Однако по истечении 5 суток наступает замедление, в результате которого коррозия идет мед ленно, примерно с той же скоростью, как и на первом этапе. Та кое замедление может быть объяснено образованием на поверхно сти образцов черного порошкообразного налета, крепко сцепляю щегося с основным материалом. Этот налет обеспечивает своеоб разное пассивирование материала и стойкость последнего против действия серной кислоты.
|
В результате обработки данных табл.2 |
и ри с.17 были получе |
ны |
сведения, приведенные в табл. 3 и 4. |
Они дают дополнительную |
характеристику коррозионной стойкости сплава BT5-I и влияния |
||
на |
нее режима проведенной обработки. |
|
65
Средняя потеря веса, отнесенная к промежутку времени в одни сутки и к одному квадратному метру площади поверхности образца, приведенная в табл.З, является наглядным критерием для определения той или иной условной группы стойкости мате риала против коррозии. Группировка образцов по значению этого критерия хорошо согласуется с той, которая была рассмотрена
выше по результатам анализа кинетических |
кривых коррозии. |
|
||||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
|
Сводная характеристика коррозионной стойкости образцов |
|
|||||
|
сплава BT5-I в 7р?&-ной серной кислоте |
|
|
|||
Клеймо |
Площадь |
Условная |
|
Потеря’ |
веса |
|
поверхно |
группа |
Суммарная |
Сред£яя |
за Средняя |
за |
|
образ |
сти об |
стойко |
||||
ца |
разца, |
сти |
по табл.2, |
сутки, |
|
|
см^ |
|
мг |
мг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6,07 |
I |
806 |
101 |
165 |
|
10 |
6,28 |
I |
846 |
106 |
169 |
|
13 |
5,32 |
I |
731 |
91 |
171 |
|
14 |
6,36 |
I |
878 |
НО |
173 |
|
4 |
6,16 |
2 |
811 |
67 |
109 |
|
б |
5,74 |
2 |
774 |
86 |
150 |
|
7 |
6,30 |
2 |
904 |
82 |
130 |
|
12 |
6,08 |
2 |
848 |
71 |
117 |
|
I |
6,69 |
3 |
682 |
57 |
85 |
|
2 |
5,88 |
3 |
483 |
40 |
68 |
|
3 |
6,74 |
3 |
432 |
36 |
53 |
|
8 |
6,12 |
3 |
657 |
55 |
90 |
|
9 |
6,32 |
4 |
388 |
32 |
51 |
|
I I |
6,00 |
4 |
355 |
29 |
48 |
|
15 |
6,24 |
4 |
497 |
41 |
66 |
|
16 |
6,91 |
4 |
453 |
38 |
55 |
|
На основе анализа данных табл .3 можно предложить шкалу условных групп стойкости титановых сплавов, обработанных по различным режимам, против коррозии в серной кислоте. К группе I относятся сплавы, имеющие среднюю потерю веса на баге 8 -
12суток более 150 r/м2 сутки. Это нестойкие материалы.
Кгруппе 2 относятся сплавы, имеющие среднюю потерю веса на той же базе испытания от 101 до 150 г/м2 сутки. Это мало стойкие материалы.
66
К группе |
3 |
относятся |
сплавы, |
имеющие |
среднюю потерю веса |
от 51 до 100 |
г/м2 сутки. |
Это стойкие материалы. |
|||
К группе |
4 |
относятся сплавы, |
имеющие |
среднюю потерю веса |
до 50 г/м2 сутки. Эго материалы, пассивирующиеся за счет от ложения и прочного сцепления с поверхностью металла продуктов коррозии его в данной среде.
Для сплава BT5-I, как, вероятно, и для других титановых сплавов, условные группы стойкости в какой то мере определя ются режимом обработки при газонаеыщении. Эта зависимость пред ставлена в табл.4 .
Т а б л и ц а 4
Влияние режима обработки на условные группы стойкости против коррозии сплава BT5-I в 70/&-ной серной кислоте
Температура |
|
Продолжительность выдержки, час |
||
|
|
|
|
|
обработки, |
0,25 |
I |
2 |
5 |
°С |
|
условные |
группы стойкости |
|
|
|
|||
750 |
3 |
3 |
3 |
2 |
700 |
I |
2 |
2 |
3 |
650 |
4 |
I |
4 |
2 |
600 |
I |
I |
4 |
4 |
Анализируя данные табл.4, можно высказать ряд соображений и предположений. Стойкими против коррозии за счет первоначаль ной пассивности, т.а.относящимися к группе 3, являются образцы, подвергнутые газонасыщению при 750° в течение времени до 2 ча сов при при 700° в течение 5 час. Образцы, выдержанные при 750°
в течение 5 час, относятся ко 2-й группе, гак как имеют меньший период первоначальной пассивности. Это может быть объяснено ухудшением качества слоя* возможно, нарушением его плотности и однородности в результате длительной выдержки.
Образцы, подвергнутые газонасыщению при 600 и 650°, а также при 700° в течение непродолжительного времени, оказываются либо нестойкими, либо пассивирующимися за счет отложения продуктов коррозии. Поддающаяся объяснению закономерность здесь не обна руживается. Возможно, что в получении того или иного эффекта
67
определенную роль здесь играют привходящие обстоятельства - чистота поверхности, колебания в составе коррозионной среды, различное расположение образцов при испытании, циркуляция кор розионной среды, неоднородность температурного поля, неоднород ность газонасыщения и т .д .
Основываясь на данных табл .4 и их анализе, можно сделать заключение о том, что для повышения коррозионной стойкости в 70%-ной серной кислоте, г .е . в среде, разрушающей защитный окиеный слой, необходимо проводить обработку при 750° в тече ние 1-2 час. Происходящее при этом газонасыщение создает сдой, обеспечивающий начальную пассивность материала в агрессивной среде в течение времени до б суток. Пассивирование материала за счет отложения продуктов коррозии в качестве средства защи ты пока рекомендовать нельзя, поскольку закономерности этого процесса еще мало изучены.
В ы в о д ы : I . Проведено исследование влияния газонасы щенных слоев на пластичность при загибе образцов листовых тита
новых сплавов BT5-I и |
0T4-I, подвергнутых газонасыщению |
на воз |
||
духе |
при |
температурах |
600, 650, 700 и 750° в течение 15 |
мин, |
I , 2 |
и 5 |
час. |
|
|
Усплава 0T4-I обнаружено уменьшение угла загиба при повыше нии температуры и увеличении продолжительности отжига. Наиболь шее уменьшение наблюдается в результате отжига при 750°С в те чение 5 час.
Усплава BT5-I наибольшее уменьшение угла загиба наблюда ется после выдержек при 600°. При повышении температуры до 750° обнаруживается некоторое увеличение пластичности при загибе.
2. Исследовано влияние газонасыщения в вакууме на пластич ность сплава 0T4-I при загибе. Обнаружено, что угол загиба умень шается с увеличением продолжительности и температуры газонасы щения. Вместе с тем отмечено, что снижение пластичности при
этом меньше, чем в результате газонасыщения на воздухе.
3 . Выполнено исследование микротвердости |
газонасыщенных |
|
слоев сплавов BT5-I и 0T4-I. Показано, |
что газонасыщенные слои |
|
образуются при отжиге как на воздухе, |
|
«~3 |
так и в вакууме 10 ° мм. |
||
р т .с т . Существенного различия в слоях, |
полученных на воздухе |
и |
в вакууме при 600°, не обнаружено. При температурах |
650, 700 |
и |
750° на воздухе получаются слои большей толщины и с |
большей |
микротвердостью на поверхности, чем при отжиге в вакууме.
68
4 . |
Проведено исследование влияния газонасыщения на воздух |
при температурах 600-750° на коррозионную стойкость сплава. BT5-I в 70^-ной серной, кислоте в течение времени испытания до 12 суток.
Все исследованные образцы условно подразделены на 4 группы стойкости. Показано, что условные группы стойкости определяются режимом обработки при газонасыщении. Наибольшую коррозионную стойкость в начальный период испытания (д о .5 суток) показали образцы, обработанные при 750° в течение 15 мин, I час и 2 час и при 700° в течение 5 час.
Литература
1 . Я к о в л е в В .А ., С п е к т о р Я.И ., Индукционный нагрев сплавов на основе титана перед обработкой давлением, БИНИШ,1957.
2 . Ш у л ь к и н С.М., К у ш а к е в и ч С .А ., П о т а
п е н к о Ю.И., Особенности |
технологии |
изготовления горячека- |
танных листов титанового сплава 48-ОТЗ, |
в сб. "Металлургия", |
|
2 . Судпромгиз, 1959 . |
|
|
3. Р е в я к и н А .В ., |
Влияние'легирующих добавок на кине |
тику окисления титана, в со. "Титан и его сплавы", вып.8, Ме таллургия титана, Изд. АН СССР, 1962.
4 . П у л ь ц и н |
|
Н.М., 0 некоторых структурных и концентра |
|
ционных особенностях |
измененного слоя титановых сплавов, "Изве |
||
стия высших учебных |
заведений" |
Цветная металлургия, 1964, № 5 . |
|
5 . Г о р б у н о в |
С.А ., |
А н и т о в И .С ., Кинетика окис |
ления на воздухе технически чистого титана при высоких темпера турах, в сб. "Титан и его сплавы", вып.Ю, Исследования тита новых сплавов, Изд. АН СССР, 1963
6 . Г о р б у н о в |
С.А ., Н а д у т е н к о Г .П ., Т е о |
д о р о в и ч В .П ., Исследование окисления сплавов BTI4, ВТ8, |
|
BT3-I и опытного сплава |
№ I в воздухе при температурах 800 - |
1200°, в сб."Титан и его сплавы", вып.ID, Исследования титано
вых сплавов, Изд. АН ССР, |
1963. |
|
|
|
7 . II о I а е в |
С .С ., |
С о к и р я н с к и й |
Л .Ф ., 0 рас |
|
чете кинетики растворения |
кислорода в титане, в сб. "Титан и |
|||
его сплавы", вып. 10. Исследования титановых сплавов, Изд. |
||||
АН СССР, 1963. |
|
|
|
|
8 . И г н а т о в |
Д .В ., 0 механизме окисления |
титана |
и за |
|
щите его от газовой |
коррозии, в сб. "Титан и его |
сплавы" |
вып. |
|
10, Исследования титановых сплавов, Над. АН СССР, |
1963. |
|
||
9 . П у л ь ц и |
н Н.М., Р у д е н к о В .С ., |
0 характере |
распределения твердости по глубине измененного слоя титановых сплавов, "Известия высших учебных заведений" Цветная металлур гия, 1963, № 2 .
9
|
|
|
|
|
69 |
|
|
|
10. |
|
П у л ь ц и н Н.М., П о к р о в с к а я |
В .Б ., 0 ха |
|||
рактере поверхностного слоя титановых сплавов прц вакуумном |
|||||||
отжиге? |
"Известия |
высших учебных заведений, Цветная |
металлур |
||||
гия, |
1963, |
№ 2. |
|
|
|
|
|
|
И . П у л ь ц и н Н.М., Д и т я т к о в -о к и й Я.М., |
||||||
П о к р о в с к а я |
В .Б ., В и |
н о г р а д о в |
В .А ., |
0 харак |
|||
тере структуры поверхностного слоя титанового сплава BT5-I при |
|||||||
высокотемпературном нагреве. "Известия высших учебных заведе |
|||||||
ний" Цветная металлургия, 1964, |
Ш 2. |
|
|
||||
n i |
12. Г л и к м а н Л .А ., Д е р я б и н а |
В.И ., К о л r a |
|||||
Н.Н., Б ы т е н с к и й |
И .А., Т е о д о р о в и ч В .П ., |
||||||
Т е п л о |
|
в Н.С., |
Влияние газонасыщенного слоя на прочностные |
||||
и пластические свойства сплавов титана, в сб. "Титан и его |
|||||||
сплавы", |
вып.Ю, Изд. АН СССР, 19бЗ. |
|
|
||||
в а |
13. К о р н и л о в И.И., М и х е е в В .С ., Ч е р н о - |
||||||
Т .С ., |
Влияние |
отжига на воздухе и в вакууме на пластиче |
|||||
ские свойства листовых материалов из титановых сплавов АТЗ, |
|||||||
АТ4, 0T4-I и 0Т4, |
в сб. "Титан |
и его сплавы", |
вып.7, |
Изд.АН СССР, |
|||
1962. |
|
|
|
• |
|
|
14. П у л ь ц и н Н.М., Повышение коррозионной стойкости титановых сплавов, "Химическое машиностроение", 1963, )Ё 6 .