научная статья по теме КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Химия

Текст научной статьи на тему «КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2014, том 50, № 2, с. 211-218

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ

УДК 620.193:669.715

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ © 2014 г. А. М. Семенов1, В. С. Синявский2, В. Д. Калинин2

Научно-исследовательский институт газов и газовых технологий ООО "Газпром ВНИИГАЗ" 142717пос. Развилка Ленинский район Московская область e-mail: AMSemenov@vniigaz.gazprom.ru 2ОАО "Всероссийский институт легких сплавов" 121596Москва, ул. Горбунова, 2 e-mail: vladimir_siniavskiy@oaovils.ru Поступила в редакцию 09.10.2012 г.

Исследована коррозионная стойкость (КР, РСК, МКК) большой группы алюминий-литиевых сплавов в атмосферных условиях с различной агрессивностью сред. Установлены зависимости коррозионного поведения опытных и промышленных партий сплавов алюминия с литием от химического состава сплавов и соотношений Си/М§, О/Си + М^. В атмосферных условиях наиболее высокими коррозионными свойствами обладает сплав с соотношением Си/М§ равным 0.5, а О/Си + М§ равным 0.96. Доказано, что уменьшение О/Си + М§ до 0.56—0.76 приводит к снижению коррозионных свойств. Ускоренные коррозионные испытания приводят к таким же выводам.

DOI: 10.7868/S0044185614020144

ВВЕДЕНИЕ

Требования, предъявляемые к материалам сегодняшнего дня, существенно расширили спектр применения алюминиевых сплавов. Например, прессованные профили из сплава 6063Т6 успешно применяют для возведения навесных вентилируемых фасадов. Испытания этого сплава, проведенные ОАО "ВИЛС" показали, что вышеуказанный сплав не чувствителен к расслаивающей коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Такой материал может служить более 50 лет [1]. Бурильные трубы из сплавов Д16Т и 1953 используют в нефтегазовой промышленности [2]. Разрабатываются насосно-компрессор-ные трубы из тех же сплавов [3]. Интерес к алюминиевым сплавам обусловлен, прежде всего, их мальм удельным весом и высокой коррозионной стойкостью, даже в сероводородных средах [4]. В настоящее время усилиями специалистов ОАО "ВИЛС" разработан класс новых сплавов алюминия легированного литием [5, 6]. Дальнейшим развитием Al—Li сплавов стало создание сплава 2099 специалистами США (Alcoa) и Канады [7—8].

Алюминий-литиевые сплавы имеют уникальный комплекс свойств: сочетание высокой статической и динамической прочности с наименьшей (~2.56 х 103 кг/м3) плотностью (в сравнении с обычными ~2.7 х 103 кг/м3 алюминиевыми сплавами), высоким модулем упругости и удовлетво-

рительной свариваемостью. Несомненно, новый класс алюминиевых сплавов представит большой интерес для конструкторов в различных областях промышленности, и по прогнозам ряда авторитетных ученых и конструкторов, должен составить конкуренцию традиционным алюминиевым сплавам [9]. Однако, на сегодняшний день, сплавы алюминия с литием находят применение только в авиа- космической промышленности. Причинами этого является нестабильность свойств и более высокая стоимость полуфабрикатов. Кроме этого, отсутствуют надежные, комплексные сведения по коррозионной стойкости таких сплавов в реальных атмосферных условиях (существуют лишь отрывочные данные). Авторы [10—12] сообщают, что при эксплуатации самолетов, в конструкциях которых используются детали А1—Ы—Си сплава в морских условиях на поверхности возможно образование водного конденсата, содержащего хлориды. Авторы работы [13] исследовавшие сплав системы А1—Ы—М§ (1420) отмечают, что по степени агрессивности условия испытаний располагаются в следующем порядке: морская тропическая атмосфера, 3%-ный раствор хлористого натрия, камера солевого тумана, атмосфера промышленного района.

В ОАО "ВИЛС" на основании испытаний, проводившихся в течение 45 лет на четырех атмосферных станциях и периодически на палубе на-

7

211

Таблица 1. Химический состав алюминий-литиевых сплавов

№ сплава Содержание элементов в % по массе Соотношение элементов Суммарное содержание элементов Соотношение элементов

Li Cu Mg Zr Cu/Mg Cu + Mg Li/Cu + Mg

1 0.8 — — 0.10 — — —

2 0.9 — — 0.09 — — —

3 2. — — ОЛО — — —

4 2.0 1.4 0.7 0.10 2.0 2.1 0.96

5 2.0 0.7 1.4 0.10 0.5 2.1 0.96

6 2.0 2.2 1.4 0.10 1.6 3.6 0.56

7 2.0 2.9 0.7 0.1 4.14 3.6 0.56

8(1440) 2.5 1.4 0.7 0.09 2.0 2.1 1.19

9(1450) 2.0 2.5 0.15 0.09 16.6 2.65 0.76

учно-исследовательского судна (НИС), накоплен большой опыт прогнозирования коррозионного поведения традиционных алюминиевых материалов в различных атмосферных условиях [14].

Как было уже отмечено выше, алюминиево-литиевые сплавы представляют собой новый класс алюминиевых сплавов обладающих уникальными конструкционными характеристиками. Современные инженерные сооружения эксплуатируются в жестких технологических и погодных условиях. Так, истребители, стоящие на вооружении авиа несущих крейсеров, в дальних походах пересекают несколько климатических поясов. Поэтому, проявляется интерес к определению коррозионных характеристик алюминий-литиевых сплавов в реальных условиях эксплуатации.

Целью данной работы было определение коррозионных характеристик полуфабрикатов из алюминиево-литиевых сплавов в атмосферных условиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Для исследования были изготовлены образцы, вырезанные в высотном и поперечных направле-

Рис. 1. Стенды атмосферной станции ОАО "ВИЛС".

ниях из прессованных полос алюминиево-литие-вых сплавов, химический состав которых представлен в таблице 1. Кроме сплавов опытных партий испытаниям подвергали промышленные полуфабрикаты- плиты толщиной 55 мм из сплава 1440 (химический состав соответствует сплаву № 8) и прессованные полуфабрикаты из сплава 1450 (химический состав соответствует сплаву № 9). Натурные испытания в атмосфере морских тропиков (основной срок проведения испытаний — климатические условия Индийского Океана) проводились на палубе бака научно-исследовательского судна "ИЗУМРУД". Образцы были установлены в специальные кассеты, которые затем размещались под углом 45° к горизонту. Место установки выбрано с условием испытания образов алюминий-литиевых сплавов в жестких условиях воздействия солнечной радиации и переменного смачивания морской водой. Общий срок проведения испытаний составил 312 суток. Испытания образцов проводили на атмосферной станции ОАО "ВИЛС" (промышленная атмосфера рис. 1), на Северной коррозионной станции (приморская атмосфера побережья Баренцева моря), острове Куба (тропическая атмосфера коррозионная станция "Вириато"). Ускоренные коррозионные испытания проводили на сопротивление:

— коррозионному растрескиванию под напряжением (КР) по ISO 9591:2004 методом осевой постоянно действующей растягивающей нагрузки и методом задания деформации образца (образец типа "кольцо")

— расслаивающей коррозии (РСК) по ISO 11881:1999; соответствие при оценке по эталонам и количественным методом составляет P — 3—5 баллы; EA — 5—6 балл, EB — 6—7 балл; EC — 7—8 балл; ED - 9-10 балл

— межкристаллитной коррозии (МКК) по ISO 11846:1995.

Таблица 2. Коррозионные свойства прессованной полосы в зависимости от содержания лития в сплаве, старение 170°С, 16 ч атмосфера морских тропиков; электрохимические испытания 3%-ный раствор №С1

Испытания на сопротивление КР Тип образца Коррозионные испытания

№ сплава ст0.2 МПа ДКО2 Кольцо |Ек-Еп.о.|хВ РСК МКК

У,м/с Заданное напряжение ст = 0.9 ст0.2

1 102 1.0 х 10-5 5обр. > 300 сут. 0.076 Р отсутст.

2 278 9.2 х 10-5 5обр. > 300 сут. 0.151 Р отсутст.

3 296 9.6 х 10-5 5обр. > 300 сут. 0.169 Р отсутст.

1 — нормальный водородный электрод; 2 — образец типа двух-консольной балки.

Таблица 3. Испытания на сопротивление КР и РСК прессованных полос сечением 28 х 50 мм и 10 х 100 мм из сплавов системы А1—Ы—Си—М§; старение 170°С, 16 час

Испытания на сопротивление КР высотное направление; среднее время до разрушения 5-ти образцов, сутки

№ ускоренные натурные НИС "ИЗУМРУД" ускоренные натурные НИС "ИЗУМРУД"

сплава растворы

ст = 100 МПа кольцевой образец ст = 200 МПа 28 48

оценка/^ мм оценка/^ мм оценка/^ мм

4 17 >98 ЕВ /0.098 ЕС /0.095 ЕС /0.110

5 >38 >140 Р/отсутст. Р/0.050 Р/0.030

6 12 >90 ЕС /0.150 ЕС /0.123 ЕС /0.135

7 5 47 ЕС /0.140 ЕС /0.120 ЕС /0.130

Испытания на сопротивление РСК

Электрохимические характеристики: потенциал коррозии (Ек) и потенциал питтингобразо-вания (Еп.о.) определяли из поляризационных диаграмм, построенных с помощью потенциоста-та ПИ-50-1 ASTM G3-89(2010).

Исследование микроструктуры образцов проводили на микроскопе МЕОРНОТ-2, изломы изучали, используя сканирующий электронный микроскоп SMS-2, тонкую микроструктуру — с помощью электронного микроскопа JEM-100CX при напряжении 1000 кВ.

Двойные А1—Li сплавы

Коррозионные испытания полуфабрикатов двойных А1-Ы сплавов показали, что все три сплава имеют достаточно высокие коррозионные свойства. Образцы типа "кольцо" не разрушаются в течение 300 суток при нагрузке, составляющей 90% от предела текучести. Визуальный осмотр образцов и микроскопическое исследование шлифов также подтвердило отсутствие значительных коррозионных поражений.

Однако, при испытании образцов с предварительно нанесенной трещиной (ДКО), скорости

роста трещин на плато независимости (V) довольно велики и составляют соответственно 9.2 х 10-5 и 9.6 х 10-5 м/с для сплавов № 2 и № 3 (табл. 2). С увеличением содержания лития в алюминии растет и сопротивление питтинговой коррозии (абсолютная разница между потенциалами Ек и Еп.о.). Вместе с тем, необходимо отметить, что с увеличением содержания лития в алюминии прочностные свойства также монотонно растут.

Сплавы системы Al—Li—Cu—Mg

В силу низких прочностных свойств, двойные алюминий-литиевые не нашли промышленного применения, поэтому с практической точки зрения представляет интерес рассмотрение сплавов более сложных систем легирования. В таблице 3 и на рисунке 2 представлены результаты коррозионных испытаний (ускоренных и натурных) 4-х сплавов системы А1—Ы—Си—М§. Из представленной таблицы видно, что максимальное сопротивление коррозионному растрескиванию имеет сплав № 5 с соотношением Си/М§ равным 0.5 и суммарным содержанием этих элементов 2.

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»