Исследование коррозионной стойкости биметалла ад1+Ст3

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 669. 716:621. 785
Д. В. Проничев, Л. М. Гуревич, Ю. П. Трыков, С. П. Писарев, М. Д. Трунов, В. М. Ястребов ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ БИМЕТАЛЛА АД1+СТ3*
Волгоградский государственный технический университет
e-mail: mv@vstu. ru
Проведено исследование коррозионной стойкости биметалла алюминий-сталь в условиях воздействия морской воды. Установлена зависимость степени коррозионного поражения от параметров сварки взрывом.
Ключевые слова: слоистые металлические композиты, коррозия, сварка взрывом, оплав.
In this study corrosion resistance of Al/steel laminated metal composite under the impact of seawater was investigated. The relation between the degree of corrosion damage and the explosion welding parameters was identified.
Keywords: laminated metal composites, corrosion, explosion welding, molten zone.
Введение
Композиционные материалы системы алюминий-сталь широко применяются в химической, атомной промышленности и судостроении благодаря сочетанию высокой прочности, твердости, износостойкости сталей с малой плотностью и высокой теплопроводностью алюминия [1, 2]. При создании качественного соединения алюминия со сталью возможно образование на границе соединения хрупких интерметаллидных фаз, значительно снижающих работоспособность конструкций. Одним из методов получения качественных композитов является сварка взрывом (СВ), которая при правильно выбранных параметрах обеспечивает формирование свободного от интерметаллидов соединения алюминия со сталью, однако при завышенных параметрах СВ возможно образование обладающих повышенной твердостью участков оплавленного металла, представляющих собой алюминиевую матрицу с дисперсными включениями интерметалли-дов [3]. В настоящее время нет данных о влиянии условий формирования соединения при СВ и возникающих при этом участков оплавленного металла на коррозионную стойкость СКМ системы алюминий-сталь.
Целью данной работы было исследование влияния имитирующей воздействие морской воды коррозионной среды на полученный сваркой взрывом на различных режимах биметалл АД1+Ст3.
* Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14−29−158)
Материалы и методы исследования
Для проведения исследования был получен биметалл алюминий АД1 + сталь Ст3 сваркой взрывом на режимах, обеспечивающих реализацию энергии пластической деформации соединяемых металлов W2 в диапазоне от 1,2 до 2,1 МДж/м2. При значениях W2 = 1,2- 1,4 МДж/м2 наблюдалось качественное соединения алюминия со сталью, практически свободное от оплавов и непроваров, при W2 = 1,41,6 МДж/м2 на границе зафиксировано образование незначительных по протяженности (~2−5%) включений оплавленного металла твердостью 0,6 ГПа. При W2=1,6−1,8 МДж/м2 на образцах протяженность оплавов увеличивается до 15−25%, а их твердость достигает 2,7 ГПа. На максимальных режимах СВ, когда W2 достигает 1,8−2,1 МДж/м2, протяженность оплавов составляет 65−75%.
Образцы с каждым из четырех типов структурно-механических неоднородностей были подвергнуты коррозионным испытаниями при полном погружении 3%-ный раствор хлористого натрия с добавлением перекиси водорода температурой 18−25 оС-ный в течение 90 дней по методике ГОСТ 9. 913−90. Для проведения круглосуточных испытаний был спроектирован и изготовлен компьютеризированный стенд. Коррозионное воздействие оценивалось по изменению массы образца и глубине коррозионного поражения. Взвешивание образцов проводилось на электронных весах с точностью 0,1 г. Металлографические исследования проводили на оптическом микроскопе Olympus BX-65 с применением программного обеспечения обработки цифровых изображений AnalySYS.
Полученные результаты и их обсуждение
Воздействие коррозионной среды, имитирующей морскую воду, на биметалл алюминий-сталь вызывает явление контактной коррозии, имеющей электрохимическую природу. При помещении в электролит пары Fe-А1 запускается анодный процесс, при котором разрушается алюминий, обладающий большей электроотрицательностью (-1,7В), чем железо (-0. 441В) [4, 5].
На рис. 1 приведена структура образца после воздействия коррозионной среды в течение 15 суток. Как видно, в зоне контакта металлов коррозионное поражение отсутствует, осаждение продуктов коррозии алюминия при катодном процессе привело к образованию покрытия на стали, которое обеспечило ее защиту от коррозии, подобная картина наблюдается для образцов во всем исследуемом диапазоне энергии Ж2.
зионное поражение зафиксировано на торцах образцов, где площадь контакте с окружающей средой максимальна. На образцах с более высокими значениями энергии Ж2 коррозионное разрушение на границе соединения продолжилось, глубина отдельных пораженных участков достигала 0,9 мм, а протяженность 50% (рис. 2).
Р
время воздействия коррозионном среды, сут. а
Рис. 1. Микроструктура К М АД1-Ст3 (№ 2=1,4−1,6 МДж/м2) после воздействия коррозионной среды в течение 15 суток (*100)
Через 30 дней у образцов, полученных на режимах с максимальными значениями энергией Ж2, на границе соединения алюминия со сталью появились следы коррозионного разрушения, первичными очагами которого глубиной до 0,6 мм стали включения оплавленного металла (рис. 2, 3, а). Через 45 дней глубина поражения составила 0,8 мм, так же зафиксировано начало коррозионных процессов и на образцах с Ж2=1,8−2,1 МДж/м2.
Увеличение длительности воздействия коррозионной среды до 60 и 75 суток не привело к росту поврежденности биметалла, полученного СВ с Ж2 = 1,4−1,6 МДж/м2, корро-
X X
Й 1
а о? *
-
о п. с
60
50
40
30
20
10

4



1
I 2 — -:

0 15 30 45 60 75 90 время воздействия коррозионной среды, сут. б
Рис. 2. Зависимость глубины (а) и относительной протяженности (б) коррозионных поражений на границе соединения АД1 -Ст3 от времени воздействия коррозионной среды: 1 — Ш2 = 1,2−1,4 МДж/м2- 2 — Ш2 = 1,4−1,6 МДж/м2-
3 -Ш2 = 1,6−1,8 МДж/м2- 4 — Ш2 = 1,8−2,1 МДж/м2
Наиболее интенсивное язвенное разрушение зафиксировано после 90 дней эксперимента на образцах с максимальной энергией Ш2 (рис. 3), на которых отдельные язвы достигали в глубину 2 мм, а относительная протяженность коррозионного поражения по границе соединения -50−55% (рис. 3). Увеличение времени испытаний приводило, в основном, к росту глубины очагов коррозионного разрушения при практически неизменной их площади на свободной поверхности. На образцах с низкой
Рис. 3. ЗБ-реконструкция рельефа очага поражения глубиной 0,3 (а) и 1,3 (б) мм, после 30 и 90 дней воздействия коррозионной среды соответственно (1?2= 1,8−2,1 МДж/м2)
коррозионной I
а б
Рис. 4. Зависимость изменения массы полученных сваркой взрывом Образцове 1?2= 1,4−1,6 (7) и 1,8−2,1 МДж/м2 (2) от времени воздействия коррозионной среды до (а) и после механической очистки (б)
энергией Ж2 появились незначительные следы коррозии на границе соединения, глубина которых не превышала 0,3 мм.
Одним из основных показателей коррозионной стойкости материалов является изменение массы образца под воздействием окружающей среды. Для его определения образцы взвешивали каждые 15 дней до и после механического удаления продуктов коррозии. Рост массы образцов (рис. 4, а) свидетельствует о протекании катодного процесса и осаждении на сталь продуктов коррозионного разрушения алюминия. Масса образцов после очистки непрерывно снижалась относительно исходного состояния, что связано с разрушением слоя алюминия и образовавшихся при сварке взрывом оплавов (рис. 4, б).
Проведенные исследования показали значительную зависимость коррозионной стойкости композита алюминий-сталь в условиях воздействия коррозионной среды, имитирующей
морскую воду, от параметров сварки взрывом. Увеличение энергии, пошедшей на пластическое деформирование соединяемых металлов и сопровождающееся ростом протяженности и площади участков локальных оплавов, приводит к уменьшению времени до появления первых участков коррозионного разрушения и ускорению роста очагов коррозии. Это может быть связано как с ролью остаточных напряжений, так и с различиями в электрических потенциалах составляющих композита и локальных участков оплавленного металла.
Выводы
1. Установлено, что длительное воздействие коррозионной среды, имитирующей морскую воду, на биметалл алюминий-сталь вызывает протекание электрохимического анодного процесса на алюминии и связанного с этим его коррозионного разрушения на границе соединения металлов. Одновременно на стали протекает катодный процесс, сопровождающийся осаждением
продуктов коррозии алюминия, которые в дальнейшем играют роль протекторной защиты стали.
2. Первичными очагами коррозионного разрушения являются формирующиеся при сварке взрывом на завышенных режимах локальные участки оплавленного металла, что свидетельствует о большей их электроотрицательности по сравнению с алюминием. Обнаруженный эффект указывает, что даже относительно пластичные локальные участки оплавленного металла могут являться опасным видом структурной неоднородности при воздействии агрессивной внешней среды.
3. Продолжительное воздействие коррозионной среды (90 суток) на не защищенный лакокрасочными покрытиями биметалл АД1+Ст3 вызывает образование очагов коррозионного поражения глубиной до 2 мм, что может значительно снизить его работоспособность.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трыков, Ю. П. Слоистые композиты на основе алюминия / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич, В. Г. Шмор-гун. — М.: Металлургиздат, 2004. — 230 с.
2. KR T., GT L. Explosion-bonded transition joints for structural applications //Construction and Building Materials. — 1989. — Т. 3. — №. 2. — С. 64−72.
3. Гуревич, Л. М. Исследование влияния режимов сварки взрывом и термической обработки на структуру и свойства биметалла АД1+сталь Ст3 / Л. М. Гуревич, Д. В. Проничев, А. Ф. Трудов, Ю. П. Трыков, М. Д. Трунов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 9 (136) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2014. — (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении» — вып. 9). — С. 17−31.
4. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии / под ред. Б. В. Строкана — Л.: Химия, 1987. -280 с.
5. Кемхадзе, В. С. Коррозия и защита металлов во влажных субтропиках / В. С. Кемхадзе. — М.: Наука, 1983. — 107 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой