книги из ГПНТБ / Свойства титановых сплавов в сложных условиях применения сборник статей

120

Инженер-полковник ПУЛЬЦИН Н.М., АСРАТЯН И.С.

ИССЛЕДОВАШЕ ВЛИЯНИЯ СЕРНОКИСЛОЙ МЕДИ НА ЭЛЕКТРОДНЫЙ

ПОТЕНЦИАЛ И КОРРОЗИЮ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ

Титановые сплавы, обладающие высокой коррозионной стойко­ стью во многих средах, особенно в окислительных, сильно корро­ дируют в таких кислотах, как плавиковая, соляная и серная. Эго объясняется, как известно, интенсивным разрушением в названных кислотах защитной окисной пленки, имеющейся на титане, и очень слабым ее восстановлением.

К числу способов борьбы с коррозией титановых сплавов в средах, разрушающих защитную окисную пленку, относится легиро­ вание небольшими количествами некоторых благородных металлов, а также добавка ингибиторов в коррозионные среды.

в количестве 0,05%. В этой работе показано, что введение ука­ занных металлов значительно повышает электродный потенциал тита­ на, пассивирует металл и снижает скорость его коррозии в 50-

100р аз.

Вработе [V] предложен способ защиты титана от коррозии в серной и соляной кислотах посредством ингибиторов в виде про­ изводных фенола и анилина, снижающих активность указанных кис-

.лог по отношению к титану.

Авторы работы Щ исследовали влияние добавок сульфата ни­ келя на коррозию титановых сплавов в серной кислоте разных кон­ центраций, и установили, что сульфат-ионы пассивируют, а ионы никеля активируют коррозию этих сплавов в указанной среде. В

работе [з!исследовалось также влияние сернокислой меди и было установлено, что медь смещает потенциал в положительную сторону, титан пассивируется и скорость коррозии его сильно снижается.

В настоящей работе была поставлена задача исследования элек­ тродного потенциалами коррозионной стойкости титановых сплавов

AI4, АТ6, BTI4, 0Т4, BTI4-I и ATI0 в 20 и 40^-ной серной кис­ лоте, содержащей добавки сернокислой меди. Исследование выпол­ нялось на плоских образцах, имеющих площадь поверхности от 10 до 20 см^. Измерение электродного потенциала проводилось на потенциометре типа ППТВ1 с использованием насыщенного каломель­ ного электрода.

Для испытания на коррозию предварительно взвешенные образ­ цы помещались в соответствующие растворы объемом 200 мл. Пер­ вое взвешивание корродирующих образцов проводилось после появ­ ления фиолетового окрашивания растворов, а последующие - через каждые трое суток.

Содержание CaS0A в мг на /титр ростбора

Рис Л . Влияние добавки сернокислой меди на величину электрод­ ного потенциала титановых сплавов, замеренного в начальный мо­ мент ( а ,в ) и через 5 мин после нагружения (б ,г ) в серной кис­

лоте концентрации 20%(а ,б ) и 40^ ( в ,г )

122

С целью исследования влияния сернокислой меди на электрод­ ный потенциал и коррозионную стойкость титановых сплавов, в растворы из расчета на один литр вводилось 25, 50, 125 и 250 мг этой соли.

На рис.1 представлены графики изменения электродного потен­ циала исследованных титановых сплавов в растворах серной кисло­ ты в зависимости от содержания сернокислой медих ) . Анализ гра­ фиков показывает, что добавка CuSOkв количестве до 50 мг на литр раствора вызывает, как правило, значительное увеличение

потенциала 6^. после выдержки в течение 5 мин. Добавка сернокис­ лой меди в количестве от 100 до 250 мг на литр вызывает несколь­ ко меньшее увеличение потенциала.

123

Р езультат испытаний на коррозию представлены на рис.2-4. Анализ приведенных графиков показывает, что добавка в раствор некоторого количестве сернокислой меди, как правило, существен­ но уменьшает коррозионное разрушение титановых сплавов в ра­ створах серной кислоты, особенно 40%-ной концентрации. При этом увеличение количества сернокислой меди с 50 до 250 мг на литр раствора в большинстве случаев не вызывает существенного уменьшения интенсивности коррозионного разрушения. Наоборот, в некоторых случаях эго приводит даже к усилению коррозионно­ го разрушения.

Характер кинетических кривых коррозии под действием серно­ кислой меди, как правило, не изменяется. Исключение составляют сплавы АТ6 и ATI0, кинетические кривые коррозии которых в 4Й%- ной серной кислоте под влиянием сернокислой меди становятся более пологими. При этом скорость коррозии сплава АТб уменьша­ ется с 4,3 мг/см2 - сутки до 0,007-0,013 мг/см2 сутки, т .е . при­ мерно в 300-600 раз, а сплава ATI0 с 3,1 мг/см2»сутки в сред­ нем до 0,015 мг/см2 сутки, т .е . примерно в 200 раз.

Потеря веса при коррозии, выраженная в мг/см2, в -растворах, содержащих сернокислую медь, как правило, в 1,5 -2 раза меньше, чем в растворах без CuS04. Однако сплавы АТ4, АТ6 и АТЮ корро-

124

диругот в 40%-ной серной кислоте с CuS04 соответственно в 30, 150-360 и 180 раз мене* интенсивно, чем в растворах без серно­ кислой меди.

Данные о влиянии сернокислой меди на электродный потенциал и коррозию титановых сплавов в серной кислоте, полученные в на­ ших исследованиях, соответствуют результатам работы [^3^.

Сравнение кинетических кривых коррозии (ри с.2-4) с графи­ ками изменения электродного потенциала показывают, что добавка сернокислой меди.(50 г /л ); вызывающая наибольшее пассивирование, приводит и к наиболее существенному снижению потери веса при

потенциала исследованных сплавов не наблюдается; потеря веса в процессе коррозии при этом также существенно не изменяется.

Такая связь изменения потери веса с изменением электродно­ го потенциала позволяет сделать вывод, что важнейшей причиной

125

снижения потери веса исследованных титановых сплавов при кор­ розии их в серной кислоте с добавками сернокислой меди являет­ ся пассивирование поверхности металла.

Дитература

l.O.Zlectrochem.Sos , 106, № 9,I9 5 9 S стр. 759-764. Эк­ спресс-информация. Коррозия и защита металлов, fe 7,1960.

кислоты, содержащих сульфат никеля, в сб. "Металловедение тита­ на" йзд."Наука", 1964.

126

ДИТЯТКОБСКИЙ Я.М., инженер-полковник ПУЛЫЩН Н.М.,

ПОКРОВСКАЯ В .Б ., ЖИВИЛОВА Г.В .

ИССЛЕДОВАНИЕ ШТАМДУЕМОСТИ ЛИСТОВОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА 0T4-I

Применение титановых сплавов в качестве конструкционных ма­ териалов в общем и специальном машиностроении непрерывно расши­ ряется. В настоящее время машиностроительная промышленность ос­ воила практически все технологические процессы обработки тита­ новых сплавов, встречающихся при производстве деталей машин. Находят применение и получают все большее распространение такие

Особенно широкое распространение получила листовая штампов­ ка. Основной формообразующей операцией этого метода является штамповка-вытяжка.

не только от механических свойств, определяющих эксплуатацион­ ные качества изделия, но и от технологических, обеспечивающих обрабатываемость материала и легкость изготовления из него де­ талей.

Все листовые титановые сплавы по их штампуемоети можно под­ разделить на пять основных групп. В табл .1, составленной нами по данным работы [V ], приведена характеристика этих групп по основным показателям механических и технологических свойств.

128

Сплавы первой группы, имеющие высокую штампуемоеть, могут применяться для изготовления самых сложных листовых деталей. Из сплавов второй группы, обладающих хорошей штампуемоетью, мо­ гут изготовляться сложные листовые детали. Простые детали и из­ делия средней сложности можно штамповать из сплавов третьей

группы, характеризующихся удовлетворительной штампуемостью. При штамповке из этих сплавов деталей сложной конфигурации необхо­ димо проводить межоперационный отжиг.

Из сплавов четвертой группы, обладающих пониженной штампуемостью, можно штамповать только простые детали, причем радиу­ сы закругления в переходах таких деталей должны быть увеличены. Штамповка сплавов пятой группы, обладающих низкой штампуемостью, допускается только с нагревом до 600-750°. В холодном состоянии может проводиться только гибка деталей типа обшивок с большими радиусами.

Как при промежуточном отжиге, так и при нагреве под штам­ повку следует иметь в виду возможность образования газонасыщен­ ного слоя, ухудшающего штампуемоеть материала. По данным рабо­ ты [ i ] заметное ухудшение штампуемости наблюдается в результа­ те выдержки титановых сплавов при температурах выше 750°в тече­ ние времени более 30 мин. Выдержка в течение 10-20 мин при тем­ пературах 600-700° на вызывает значительного ухудшения пластич­ ности, и штамповка может проводиться в холодном состоянии без травления материала.

Увеличение температуры, особенно свыше 700°, и продолжи­ тельности газонасыщения, по данным работы [ i j , вызывает сни­ жение коэффициента вытяжки (рис.1) и повышение радиуса гиба

(ри с.2 ).

Межоперационный отжиг для восстановления пластичности про­ водится при температурах: для технического титана BTI-I и BTI-2 550-600°; для сплавов QT4, 0T4-I, 0Т4-2 и ВТ4 650-700° и для сплавов BT5-I, ВТ6 и BTI4 750-800°. Продолжительность выдержки при этих температурах в зависимости от марки сплава и толщины листа (0 ,8 - 3 мм) составляет 10-30 мин.Окончательный отжиг для снятия остаточных напряжений проводится при температурах соответственно 500, 550-600 и 550-650°. Продолжительность вы­ держки при этом равна 20-60 мин.

Несмотря на многочисленные исследования штамповки-вытяжки, результаты которых содержатся в научно-технической литературе, при практическом осуществлении этого процесса встречается ряд

129

трудностей, осложняющих получение качественных деталей. Потому в нашей работе по исследованию холодной штамповки-вытяжки тита­ нового сплава 0T4-I этот процесс был осуществлен с начала до конца, причем была предпринята попытка проведения штамповки без промежуточных отжигов. Было исследовано также влияние газо - насыщения на механические свойства и микроструктуру сплава.

Деформируемый сплав 0T4-I системы титан-алюминий-марганец, примененный в исследовании, содержит по данным химического ана­

твердого раствора р . Механические и технологические свойства характеризуются пределом прочности 66 кг/мм2 , относительным удлинением 28,2% и углом загиба 140°.

Исследование штампуемости проводилось методом штамповки ста­ канчика из круглой листовой заготовки. При этом заготовки бра­ лись в исходном состоянии без какой-либо предварительной обра­ ботки материала. Изменение материала в процессе штамповки ис­ следовалось путем измерения твердости по Виккерсу и микроана­ ли за. Кроме того, проводился осмотр заготовок после каждого перехода.