ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ, 2007, том 43, № 3, с. 252-255
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА МЕЖФАЗНЫХ
__ГРАНИЦАХ И ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ. _
--ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ. -
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
УДК: 544.6:62018
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ОЧАГОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАСТВОРЕНИЯ СПЛАВОВ С ФЕРРИТО-ЦЕМЕНТИТНОЙ СТРУКТУРОЙ В СЕРНОКИСЛОЙ СРЕДЕ
© 2007 г. Н. В. Тарасова, С. Н. Салтыков
Липецкий государственный технический университет E-mail saltsn@lipetsk.ru Поступила в редакцию 13.01.2006 г.
Сочетание электрохимических и металлографических методов позволило выявить особенности формирования очагов электрохимического растворения сталей Ст20 и Ст45 с феррито-перлитной структурой. Показана возможность развития процесса саморастворения сплава на межфазной фер-рито-цементитной границе. Установлена последовательность протекания анодного растворения отдельных элементов металлографической структуры изученных сплавов.
PACS: 81.05.Bx
Исследования механизма анодного растворения чистого железа [1, 2] свидетельствуют о формировании некоторых активных центров на поверхности металла, в которых и происходит зарождение и развитие процесса растворения. Известно также, что на характер растворения сплава с феррито-цементитной структурой оказывает влияние цементитная фаза [3, 4]. Можно считать, что металлографическое строение сплава, то есть границы зерен, количество и форма цементитной фазы предопределяют формирование активных центров - очагов зарождения растворения. Использование химических реактивов в металлографическом травлении с целью изучения структуры сплава [5] служит ярким примером визуализации таких очагов. Цель данной работы -изучить формирование активных центров анодного растворения в ходе анодной поляризации.
ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили на феррито-цемен-титных сплавах Ст20 и Ст45 с цементитной фазой пластинчатой формы (рис. 1) в сернокислом растворе (рН 4.2) с постоянной площадью рабочей поверхности электрода, равной 0.2827 см2. Обработка рабочей поверхности включала шлифовку на абразивном материале и полировку до зеркального блеска. Потенциодинамические (5 мВ/с) вольтамперные кривые снимали от установившегося потенциала свободной коррозии [6]. Кроме того, образец потенциостатически выдерживали при анодной поляризации 100 мВ (от потенциала свободной коррозии) в течение 5 мин, а также гальваностатически. Последний режим представлял собой импульсную (1 с) поляризацию образца током 1 мА с последующей выдержкой при различных постоянных значениях тока в интервале
Рис. 1. Микроструктура феррито-цементитных сталей Ст20 (а) и Ст45 (•) с цементитной фазой пластинчатой формой, х 650.
Рис. 2. Поверхность Ст20 (а) и Ст45 (б) после саморастворения и изменение состояния поверхности Ст20 после потен-циостатического травления: в, г, д - исходное после химического травления; е, ж, з - те же участки после поляризации, х 650.
0-500 мкА в течение 5 мин. Состояние поверхности электрода после поляризации оценивали визуально при помощи металлографического микроскопа. В отдельных случаях перед поляризацией поверхность образца химически травили в 3%-ом растворе НК03 для выывления металлографической структуры.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Показано, что выдержка сталей в рабочем растворе без поляризации приводит к слабому выявлению перлитной составляющей (рис. 2а, б), что свидетельствует о саморастворении на границе феррит/цементит, имеющей сложное дефектное строение [7], то есть о саморастворении ферритной матрицы перлита. Следует отметить, что в ходе такого саморастворения границы феррит/феррит не выявляются. Потенциостатическая поляризация образцов с предварительно химически выявленной структурой приводит к формированию очагов растворения. На рис. 2 представлены одни и
те же фрагменты структуры Ст20 до (в, г, д) и после (е, ж, з) поляризации. Видно, что при поляризации 100 мВ травление развивается как на зернах перлита (е, ж), так и на границах зерен феррита (з).
Е, В
I, мкА
Рис. 3. Гальваностатическая (1) и потенциодинамиче-ская (2) вольтамперные кривые Ст45 в сернокислом растворе.
254 ТАРАСОВА, САЛТЫКОВ
Рис. 4. Состояние поверхности Ст45 после исходного импульса (а) и последующей гальваностатической поляризации: б - без тока, в - 50, г - 100, д - 150, е - 200, ж - 250, з - 300, и - 350, к - 400, л - 450, м - 500 мкА, х650.
Гальваностатические исследования проводили на полированной поверхности сталей, которую предварительному химическому травлению не подвергали. Каждая точка вольтамперной кривой (рис. 3, кривая 1) получена на отдельном образце по схеме: импульсная поляризация в течение 1 с и затем гальваностатическая выдержка при определенном значении тока. В каждой точке кривой оценивали изменение состояния поверхности образца. Результаты свидетельствуют (рис. 4), что после исходного гальваностатического импульса на поверхности стали слабо выявляется перлит. Можно полагать, что исходный импульс инициирует очаги растворения поверхно-
сти, и при последующей гальваностатической выдержке оно развивается. Проведенный анализ изменений состояния поверхности при каждой плотности тока позволяет утверждать, что изученный интервал 0-500 мкА можно разбить на три. Так, при токах, меньше 100 мкА, отмечено выявление перлита, четкость которого растет с увеличением тока. При токах от 100 до 250 мкА перлит остается четко выявленным, а на феррит-ных зернах появляются растравленные очаги. При токах выше 250 мкА растворение феррита не наблюдается, четкость перлита высокая, но появляются границы феррит/феррит, не отмеченные ни в одном из предыдущих случаев. Эти
результаты показывают, что к растворению наиболее склонен феррит в перлите, и разрушение развивается по границам феррит/цементит. Менее всего растравливается граница феррит/феррит. При токе, меньшем, чем требуется для развития процесса по границам феррит/феррит, растворение переходит с поверхности феррита в перлите на поверхность ферритной фазы в целом, без концентрации на границах феррит/феррит. Учитывая особенности кристаллографического строения межфазных границ феррит/цементит и межзеренных границ феррит/феррит [5, 7-9], можно предположить, что развитие анодного процесса осуществляется в местах выхода дислокаций на поверхность кристалла [10].
Полученная на Ст45 анодная потенциодинами-ческая зависимость (рис. 3, кривая 2) отличается от гальваностатической (рис. 3, кривая 1) меньшим током при каждом потенциале. По достижении тока 500 мкА на поверхности вытравливается перлитная составляющая, выявляются границы феррит/феррит (рис. 5), то есть постепенное увеличение тока приводит к последовательному протеканию названных процессов растворения соответствующих элементов металлографической структуры сплава.
Полулогарифмические гальваностатические и потенциодинамические вольтамперограммы (рис. 6) характеризуются двумя прямолинейными участками, наклоны которых составляют 0.29 и 0.80. На рис. 6 пунктиром отмечены интервалы тока, соответствующие растворению различных элементов структуры сплава. Следует отметить, что точка пересечения прямолинейных участков как по току, так и по потенциалу с хорошим приближением отвечает завершению процесса растворения тела ферритного зерна и началу выявления межзеренных границ феррит/феррит.
ВЫВОДЫ
1. Саморастворение сталей с феррито-цемен-титной структурой в сернокислом растворе начинает развиваться с межфазной границы феррит/цементит, которая наиболее активна.
2. Склонность элементов металлографической структуры сталей к разрушению при анодной поляризации возрастает в следующей последовательности: межфазная граница феррит/цементит, ферритная матрица перлита, тело ферритной составляющей структуры, межзерен-ная граница феррит/феррит.
3. Вольтамперограммы сталей содержат два линейных участка с наклонами 0.29 и 0.80, а их
Раств°рение Выявление
тела Ферритного феррито-перлитной
зерна
Е, В 0
структуры
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
^ I, мкА
Рис. 6. Полулогарифмические гальваностатическая (1) и потенциодинамическая (2) вольтамперные кривые Ст45 в сернокислой среде.
точка пересечения отвечает завершению растворения тела ферритного зерна и дальнейшему развитию анодного процесса на межзеренной границе феррит/феррит.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Подобаев АН, Кривохвостова О.В. // Защита металлов. 2002. Т. 38. № 4. С. 375.
2. Подобаев А Н, Кривохвостова О.В. // Защита металлов. 2003. Т. 39. № 2. С. 213.
3. Реформатская НИ, Завьялов В В., Подобаев А.А. и др. // Защита металлов. 1999. Т. 35. № 5. С. 472-480.
4. Реформатская НН, Бейлин Ю.А, НильсонЛ.А. // Сб. трудов Всерос. конф. по коррозии и электрохимии. Москва. 2003 г. С. 164.
5. Лившиц Б.Г. Металлография // М.: Металлургия, 1971. 408 с.
6. Салтыков С.Н, Тарасова Н.В, Торопцева ЕЛ, Калужина С.А. // II Всерос. конф. "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах ФАГРАН-2004". Воронеж: ВГУ. 2004. Т. 1. С. 156.
7. Яковлева Н.Л., Карькина Л.Е, Хлебникова ЮЛ, Счастливцев В.М. // Материаловедение. 2003. № 7. С. 41.
8. Счастливцев В.М, Яковлева Н.Л., Мирзаев Д.А. // Физика металлов и металловедение. 1994. Т. 78. № 3. С. 94.
9. Яковлева Н.Л., Карькина Л.Е, Хлебникова ЮЛ, Счастливцев В.М. // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 92. № 6. С. 89.
10. Ворх Х, Форкер В., Шеин А.Б. // Защита металлов. 1990. Т. 26. № 5. С. 766.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.