Коррозионная стойкость штампованных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов авиационного назначения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ

Научный редактор раздела докт. техн. наук, профессор В.С. Синявский

УДК 620.193:621.73:669.715

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ШТАМПОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В.С. Синявский, докт. техн. наук (ОАО ВИЛС, e-mail:info@oaovils.ru)

В порядке повышения сопротивления коррозии под напряжением (КПН) сплавы при изготовлении из них штамповок располагаются в ряд: АК6Т1, Д16чТ, 1933Т2. Выявлена возможность устранения чувствительности к расслаивающей коррозии толстостенных полуфабрикатов из сплава Д16чТ с нерекристаллизованной структурой. Предложена комплексная оценка КПН.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, расслаивающая коррозия, сопротивление коррозионному растрескиванию, полуфабрикаты, коррозионная долговечность, прогноз.

Corrosion Resistance of Forged Aircraft Aluminium Alloy Semiproducts. V.S. Sinyavskiy.

According to ascending stress corrosion resistance, alloys used for forging manufacturing can be arranged as follows: AK6^, D16chT, 1933T2. The possibility of elimination of exfoliation corrosion susceptibility of thick-walled D16chT alloy semiproducts with a non-recrystallized structure was found. Complex evaluation of stress corrosion resistance has been offered.

Key words: aluminium alloys, exfoliation corrosion, stress corrosion resistance, semiproducts, corrosion fatigue life, forecast.

Спецификой штампованных полуфабрикатов из алюминиевых и магниевых сплавов, используемых для различных видов транспорта и прежде всего в авиации, являются значительная толщина сечения и сложное течение металла в процессе деформации. В результате этого имеет место ярко выраженная анизотропия коррозионных характеристик [1-3], которую необходимо учитывать при конструировании и изготовлении изделий. Возникает необходимость не только изучать коррозионное поведение полуфабрикатов в различных направлениях, но и в различных условиях напряженного состояния.

Соответственно в данной работе изучали сопротивление коррозионному растрескиванию (КР) на гладких образцах и двухконсоль-ных образцах (ДКО) с предварительно выраженной усталостной трещиной*. Испытания

* В экспериментальной части принимали участие В.Д. Калинин, В.В. Уланова.

алюминиевых сплавов проводили при переменном погружении в 3 %-й раствор NaCl и в атмосферных условиях.

Испытания на расслаивающую коррозию (РСК) проводили по ГОСТ 9.904-82 в растворе, содержащем 20 г/дм3 K2Cr2O7, 13,5 г/дм3 HCl.

На межкристаллитную коррозию образцы испытывали по ГОСТ 9.021-74 в растворе 30 г/л NaCl, 10 мл/л НС1.

Как правило, на вариант испытывали не менее 10 образцов. В некоторых случаях определяли нормативные коррозионные характеристики. Тогда образцы отбирали от одного полуфабриката (выборка 1), от одной партии (выборка 2), от разных партий (выборка 3). В каждой выборке испытывали не менее 20 образцов, а в сумме - не менее 60.

Результаты наносили на вероятностную бумагу. Характеристики определяли при 50 и 95 %-й вероятности.

Материалом для исследования служили серийные штамповки из алюминиевых сплавов АК6Т1. Д16чТ, 1933Т2, ТЗ. Штамповки из сплава Д16чТ устанавливали на широкофюзеляжные грузовые транспортные самолеты вместо штамповок из традиционного сплава АК6Т1 с целью повышения усталостной выносливости.

Испытания показали, что штамповки из сплава АК6Т1 в высотном направлении име-

ют достаточно низкое сопротивление коррозионному растрескиванию как в условиях плоского напряженного состояния {табл. 1), так и в условиях плоской деформации (табл. 2).

Полуфабрикаты разных видов, изготовленные из сплава АК6Т1, в равной степени подвержены КР (табл. 2, 3).

Сплав имеет низкое сопротивление МКК, глубина ее достигает 650 мкм.

Сопротивление РСК меняется в зависимо-

Таблица 1

Сопротивление коррозионному растрескиванию при испытании переменным погружением в 3 %-й раствор МаС1 штамповок из сплава АК6Т1

Сечение штамповки, мм Вид нагружения Вид образца

25 Изгиб Кольцевой

60 Изгиб Кольцевой

60 Изгиб Кольцевой

60 Растяжение Круглый разрывной

75 Изгиб Кольцевой

75 Растяжение Круглый разрывной

Количество образцов

Направление

вырезки а , МПа

образцов

ВД 40

вд 47

ПД 200

вд 50

вд 42,5

вд 47,5

5 15 5 15 10 10

Таблица 2

Параметры К1к и прессованной полосы и штамповок из сплавов АК6Т1 и Д16чТ после испытания при переменном погружении в 3 %-й раствор №С1 {направление ВД)

Сплав Сечение полуфабриката К1с, МПа (кгс/см3''2) укв10 7. см/с К1(ф, МПа \[м (кгс/ммм)

АК6Т1 Прессованная полоса, 65x200 мм Штамповка до 100 мм Штамповка до 200 мм 21,7 (72,4) 25,5 (85,0) 27,2 (90,6) 0,8 0.7 0,6 5,9 (19,6) 5.7 (19,0) 5.8 (19,5)

Д16чТ Штамповка до 200 мм 30.0 (100,0) 0,8 5,9 (19,6)

Таблица 3 Сопротивление коррозионному растрескиванию разных видов полуфабрикатов из сплава АК6Т1 в направлении ВД при испытании переменным погружением в 3 %-й раствор МаС1

Полуфабрикат Вид нагружения Напряжение, МПа Время до разрушения, сутки

последовательность разрушения среднее значение

Штамповка Изгиб на кольцевых образцах 0,9 8, 9,9,9,14 10

Прессованная полоса 65x200x1 мм Растяжение 75 5, 6,6, 7,8 6,4

Поковка 110x500x800 мм Растяжение 75 35 7,9,16,17, 21, 24, 25, 28, 36, >60 6,11,40,40,41 24,3 27,6

Штамповка Растяжение 75 55 35 5, 9, 29, 2 обр.>60 57,4 обр.>60 5 обр.>60 32,6 59,4 >60

сти от толщины сечения штамповок (табл. 4). При толщине до 25 мм сопротивление РСК очень низкое (8 балл). При толщинах 2560 мм оно существенно возрастает (6 балл).

Таблица 4

Сопротивление расслаивающей и межкристаллитной коррозии штамповок из сплавов АК6Т1 и Д16чТ

Сечение РСК, баллы МКК

Сплав штамповок, мм характер коррозии максимальная глубина, мм

АК6Т1 До 25 До 60 00 СО МКК+РСК МКК+РСК 0,65 0,65

Д16чТ До 25 7 МКК 0,25

До 60 2 МКК 0,60

Соответственно даже в относительно слабо агрессивной атмосфере побережья Черного моря интенсивное коррозионное расслаивание начинается после 5 лет экспозиции, а после 10 лет полуфабрикат практически разрушается.

В промышленной и сельской атмосфере после 10 лет наблюдается только неглубокая питтинговая коррозия (табл. 5), что дает возможность прогнозировать коррозионную долговечность в этих условиях до 20 лет. На более длительные сроки прогнозирование исключено из-за высокой чувствительности сплава АК6Т1 к РСК.

Такие же результаты по сопротивлению КР получены и на сплаве Д16чТ.

На гладких образцах пороговое напряжение КР акр, ниже которого коррозионные

трещины не образуются, в направлении ВД для обоих сплавов в 6 раз меньше предела текучести. Пороговый коэффициент интенсивности напряжений в том же направлении К , ниже которого коррозинные трещины не растут, в 4,5 раза меньше вязкости разрушения К .

1с

В поперечном направлении сопротивление КР растет, акр увеличивается в 4 раза и составляет соответственно 0,6 а02. Это определяется, как стойкое состояние (см. табл. 5).

При этом сопротивление РСК должно определятся баллом не выше 5. Из табл. 5 следует, что при толщинах сечения штамповок до 25 мм сплавы АК6Т1 и Д16чТ чувствительны к РСК (соответственно 8 и 7 баллы). При увеличении толщин сечения и изготовлении по технологии ВИЛСа сопротивление РСК возрастает в большей мере для сплава Д16чТ. Величина РСК для сплава Д16чТ составляет 2-3 балла, т.е. стойкое состояние. Полуфабрикаты из этого сплава в поперечном направлении относятся к группе весьма стойких (группа 2).

Однако коррозионная стойкость может изменяться не только в зависимости от направления разрушения, но и от характеристик окружающей среды. Для атмосферных условий это преимущественно содержание хлоридов в воздухе [2, 4]. Так, тонкостенные полуфабрикаты из сплава АК6Т1 в приморской атмосфере Черного моря (г. Батуми) за 10 лет испытаний разрушились практически полностью (рис. 1). Причем ускорение коррозии и наличие РСК на металлографических

Таблица 5

Классификация алюминиевых сплавов по группам стойкости к коррозии под напряжением

90 %-я вероятность отсутствия разрушения образцов при напряжении а % от а „, К % от К кр 0,2 1кр 1с Сопротивление РСК, баллы Группа стойкости Наименование

75 50 25 <25 <15 <15 +3 +4 +5 6 >7 >8 1 2 3 4 5 6 Совершенно стойкие Весьма стойкие Стойкие Относительно стойкие Малостойкие Нестойкие

7 /

[ . ] с_____ к 2 ----Ч--)!

чз

5 10 15 20

т, годы

Рис. 1. Зависимость глубины коррозии полуфабрикатов из сплава АК6Т1 толщиной 4,0 мм от продолжительности испытания в различных условиях:

1 - атмосфера побережья Черного моря; 2 - промышленная атмосфера (г. Москва); 3 - сельская атмосфера

шлифах обнаружено уже после года испытаний (табл. 6).

Аналогичные полуфабрикаты из сплава Д16чТ не были подвержены РСК на побережье Черного моря. В наиболее агрессивной атмосфере на побережье Баренцева моря полуфабрикаты из сплава АК6Т1 всех исследованных толщин от 4 до 65 мм разрушались от РСК через 2-3 года. Полуфабрикаты из сплава Д16чТ толщиной 40-65 мм были стойки к РСК и в этой агрессивной среде.

Таким образом, штамповки и прессованные полуфабрикаты значительной толщины из сплава Д16чТ с нерекристаллизованной структурой можно получить с высоким сопро-

тивлением РСК при изготовлении по специальной технологии. Причиной этого, по всей вероятности, является измельчение субструктуры до наноразмеров [5]. В этом случае увеличение сопротивления РСК сопровождается высокой механической прочностью, усталостной выносливостью и вязкостью разрушения. На сплаве АК6Т1, хотя тенденция к повышению сопротивления РСК проявляется, не удается в достаточно полной мере ее реализовать. На этом сплаве не удается также реализовать и эффекты структурно-регламентированного старения [6], которое на сплавах системы А!-7п-М^-Си получило название смягчающее или коагуляционное старение [7]. Было показано на примере сплавов В95пч и Д20, что при коагуляции происходит повторное снижение сопротивления КР и РСК [6]. Это объясняется тем, что

расстояние между частицами при коагуляции увеличивается и снова появляется возможность образования линейных скоплений у границ, которые служат источниками зарождения коррозионных трещин. На штамповках из сплава Д16ч были получены аналогичные результаты (рис. 2). Максимальное сопротивление КР наблюдается при некотором уменьшении механической прочности (состояние Т2).

В дальнейшем с увеличением длительности или температуры искусственного старения катастрофически снижаются механические и коррозионные характеристики. Измерением

Таблица 6

Коррозионная стойкость сплава АК6Т1 в атмосферных условиях

Вид атмосферы Длительность Оценка коррозии

испытаний, годы характер коррозии глубина, мкм

Побережье Черного моря 2 5 10 Питтинг, РСК РСК РСК 200 350 1100

Промышленная, г. Москва 2 5 10 Питтинг То же « 120 150 200

Сельская 2 5 10 « « « ООО ооосч -н -н

вок с толщиной стенки более 25 мм из сплава Д16чТ с нерекристаллизованной структурой возможно за счет корректировки технологии горячей деформации при их изготовлении.

3. Предложена комплексная оценка КПН, учитывающая направления действия внут-

ренних или внешних напряжений и распространения трещин.

4. Подтверждено, что коагуляция выделений при структурно-регламентированном («смягчающем» для сплавов системы Д!-7п-М^-Си) старении вновь приводит к резкому понижению сопротивления КПН.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Синявский В.С. Металловедение и литье алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1977. С. 190-205.

2. Синявский В.С., Вальков В.Д., Калинин В.Д.

Коррозия и защита алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1986. - 368 с.

3. Добаткин В.И., Микляев П.Г., Синявский В.С. Структура и свойства полуфабрикатов. - М.: Металлургия, 1984. С. 37-45.

4. Синявский В.С., Калинин В.Д., Уланова В.В.

//Технология легких сплавов. 2008. № 2. С. 107-114.

5. Добаткин В.И., Захаров В.В., Перевезенцев

В.Н. и др.//Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 74-84.

6. Синявский В.С.//Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 116-120.

7. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. - М.: Металлургия, 1979. - 207 с.

Адрес редакции: Россия, 121596, Москва, ул. [орбунова, 2, ОАО ВИЛС

Подписано в печать 4.06.10. Формат 60х90/8. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 14.

Тираж 500 экз. Заказ №

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленных диапозитивов в ППП «Типография «Наука»

121099, Москва, Шубинский пер., 6.