Коррозия термически упрочняемых сплавов и их соединений

Полагают, что наименьшей коррозионной стойкостью обладают термически упрочняемые сплавы, закаленные и искусственно состаренные. На сплавах разных систем легирования могут иметь место различные виды коррозии.

Сплавы системы А1 — Zn — Mg и их сварные соединения подвергали коррозионным испытаниям в камере с влажной атмосферой в течение 10—20 мес., а также ускоренным испытаниям в 3%-ном растворе NaCl, подкисленном уксусной кислотой до pH 4. В этих условиях на сварных соединениях выявляются два вида коррозии: расслаивающая и коррозионные трещины в шве в зоне сплавления. Плавящимся и неплавящимся электродами сваривали пластины из сплава AlZn4Mgl. Пластины толщиной 4—6 мм сваривали встык без разделки, а толщиной 6—10 мм — с V-образной разделкой кромок. Использовали присадочную проволоку диаметром 1,6 мм из сплавов AlMg5 и AlMg4Zn2 (АА5180). Дополнительно сварено ЭЛС несколько образцов без присадки. Основной металл двух сортов — без примеси меди и с 0,15% Си. Соединения подвергали естественному и искусственному старению при различных температурах до 150 °C и выдержках. Вырезанные из стыков образцы размером 24×100 мм помещали в приспособления и нагружали таким образом, что в наружных слоях напряжения составляли 200 МПа, т. е. 80—90% предела текучести. Испытательный раствор — 3%-ная поваренная соль, подкисленная уксусной кислотой. В образцах основного металла, подвергавшихся только кратковременной термической обработке, было выявлено, что наиболее низкая критическая температура, при которой появляется расслаивающая коррозия, равна 250—260 °С при выдержке 5—10 с, а при выдержке 120 с она снижается до 200 °C.

Некоторое представление о размерах области, склонной к расслаивающей коррозии, можно получить по ширине зоны отжига путем замера твердости. Максимальная сопротивляемость к коррозии сварных соединений достигается в результате следующей термообработки после сварки: нагрев до состояния твердого раствора, охлаждение, выдержка при комнатной температуре в течение нескольких дней и последующее искусственное старение.

В результате термической обработки не только изменяется структура, но и снижаются остаточные напряжения в соединении. Однако такого рода термическая обработка не всегда экономична и может быть проведена только на малогабаритных изделиях. При выполнении искусственного старения непосредственно после сварки (без нагрева до твердого раствора) могут появляться коррозионные трещины по линии сплавления. Такого же рода трещины наблюдались на образцах, естественно состаренных, сваренных плавящимся электродом без импульсов и с импульсным питанием дуги, но этих трещин не было при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. При всех способах сварки трещины наблюдались на сплаве с 0,15% Си. Марки присадочного материала также сказывались на склонности к коррозионным трещинам. Было замечено, что преимущественно трещины появлялись в образцах, сваренных с присадочным металлом, содержащим цинк (АА5180), а состояние основного металла перед сваркой (естественное или искусственное старение) слабо влияло на их появление. Лучший присадочный металл — AlMg5. Рекомендовано также применять в качестве присадочного металла сплав ZMA3, содержащий 1% Ag. Однако это экономически мало оправдано.

При испытании сплавов системы А1 — Zn — Mg, не имеющих примесей хрома, в водном растворе 3% NaCl + 0,1% Н₂0₂ происходят выделение второй фазы в активном состоянии по границам зерен и возникновение коррозии. Наиболее эффективно повышают коррозионную стойкость гомогенизация при температурах выше 450 °C и отпуск при 100—120 °С. Отмечено положительное влияние выдержки сплава при комнатной температуре в течение нескольких дней в период между гомогенизацией и последующей термической обработкой. Выдержка при комнатной температуре позволяет второй фазе перейти в более стойкую модификацию. Межкристаллитное разрушение наблюдается при низкотемпературной обработке. Термообработка при температуре выше 130 °C не вызывает межкристаллитную коррозию. Отмечено ухудшение механических свойств после длительной выдержки (40 ч) при температуре 70—130 °С.

Коррозионное растрескивание может быть не только полностью межкристаллитным, но и частично транскристаллитным. В электрохимически неоднородных сплавах роль анода может играть не только граница зерен, но и любая плоскость, перпендикулярная направлению растягивающих напряжений. В этом случае коррозия под напряжением может развиваться транскристаллитно. В сплавах системы А1 — Си — Mg преимущественное развитие приобретает межкристаллитная коррозия.

Известно, что напряженное состояние понижает коррозионную стойкость сплава. Это обстоятельство имеет определенное значение для участков основного металла, расположенных вблизи швов. Здесь была бы полезна термическая обработка для снятия внутренних напряжений, но она должна быть такой, чтобы избежать условий, способствующих образованию склонности к межкристаллитной коррозии. Рекомендуется выбирать режим старения с таким расчетом, чтобы время выдержки было немного больше, чем это требуется для достижения максимальной механической прочности, что снижает опасность коррозионного разрушения. При этом происходят коагуляция включений по границам зерен и разрыв сплошности выделений. Закалка на твердый раствор наиболее эффективна для сплавов с низким содержанием легирующих элементов меди или магния (до 5%). В случае большего содержания примесей при нагреве под закалку часть их остается в нерастворенном виде. Следует заметить, что данный вид термообработки более эффективен в сплавах, содержащих магний, где выделяющаяся фаза является анодной по отношению к твердому раствору, чем в сплавах системы А1 — Си, где выделения СиА1₂ являются катодными.

Введение

марганца и хрома уменьшает склонность к межкристаллитной коррозии.

Исследование влияния способа сварки на коррозионную стойкость сварных соединений сплава 1201 показали, что все зоны сварного шва, как при ЭЛС, так и при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, проявляют некоторую склонность к МКК. МКК в сварном шве развивается в виде отдельных единичных очагов, в основном металле они носят сплошной характер. Глубина поражения за 24 ч в растворе 30 г/л NaCl + 10 мл/л НС1 (плотностью 1,19 г/см³) доходит до 0,28 мм. Глубина МКК в околошовной зоне шва, полученного ЭЛС (0,035 мм), существенно ниже, чем при аргонодуговой сварке (0,119 мм). Склонности к расслаивающей коррозии шов не выявляет, более склонен к этому виду коррозии основной металл при испытании на общую коррозию при 40 °C и относительной влажности 98%. Скорость разрушения швов ЭЛС и аргонодуговой сварки практически одинакова (0,0007 г/(м²-ч)). Сварные соединения из сплава 1201 не проявляют склонности к коррозионному растрескиванию.