Сплавы системы Al-Mg-Si

Сплавы системы Al—Mg—Si (АД31, АДЗЗ, АД35, АВпч) обладают достаточно хорошим сопротивлением общей коррозии и практически не чувствительны к КР. Однако они в определенной степени, зависящей от химического состава и термической обработки (старения), подверже­ны МКК. Наиболее высокую стойкость сплавы этой системы имеют в отожженном состоянии вследствие равно­мерного распада твердого раствора. Коррозионная стой­кость сплавов после закалки и естественного старения мало отличается от коррозионной стойкости этих спла­вов в отожженном состоянии. Однако она сохраняется в этом случае только для сплавов, эксплуатируемых при комнатной температуре или при температуре, по край­ней мере, не выше 100°С. Искусственное старение приводит к значительному снижению сопротивления МКК.

Стойкость отожженных или закаленных сплавов в атмосферных условиях примерно равна, т. е, мало зави­сит от химического состава. Но после искусственного старения такая зависимость начинает четко выявляться. Прежде всего сопротивление к МКК существенно сни­жается для сплавов, где в процессе искусственного старе­ния, кроме фазы Mg₂Si, выделяется свободный кремний. Из данных этой работы видно, что максимальную коррозионную стойкость после выдержки в течение 1 го­да в камере солевого тумана имеют сплавы, расположен­ные в области твердого раствора. Близкую к ним стой­кость имеют искусственно состаренные сплавы в области α+Mg₂Si со стехиометрическим составом, соответствую­щим фазе Mg₂Si. Пониженную стойкость имеют сплавы, расположенные в тех фазовых областях, в которых выде­ляется свободный кремний, т. е. в областях α+Mg₂Si+Si и α+Si.

Для полуфабрикатов с рекристаллизованной структурой из сплавов, расположенных в областях твердого раствора и α+Mg₂Si, существенной разницы нет. Введе­ние в сплав АДЗЗ хрома способствует получению перекристаллизованной структуры. Для таких полуфабрика­тов скорость проникновения коррозии существенно понижается. В зависимости от состава сплава при избыт­ке кремния может наблюдаться как понижение (сплав АВ), так и повышение (сплавы АД35, АВпч) коррозион­ной стойкости. Отрицательное влияние свободного крем­ния связано с его катодными свойствами. Катодные свойства избыточного кремния проявляются также и при введении его в состав интерметаллических фаз с железом. В отсутствие хрома и марганца образу­ется фаза β(Fe, Si)Al, а при их наличии — фаза α(Fe, Si)AI. Обе эти фазы могут быть более эффективными ка­тодами, чем свободный кремний.

Однако коррозионная стойкость сплавов системы AI—Mg—Si в большей степени определяется не кремни­ем, а другими элементами, такими как хром, марганец, медь и железо. Влияние меди может проявляться по-раз­ному в зависимости от количества ее в сплаве и соотношения других легирующих элементов. Для сплавов близких по составу к стехиометрическому, т. е. без из­бытка кремния, небольшие добавки меди (до 0,2 %) ока­зывают положительное влияние. Они увеличивают коли­чество центров коррозионных поражений, что в соответ­ствии с общей закономерностью снижает максимальную глубину проникновения коррозии. Положительное влия­ние меди заключается, кроме того, и в облагораживании потенциала пробоя. Дальнейшее повышение содержания меди даже в сплавах со стехиометрическим составом со­ответствующим Mg₂Si, существенно ухудшает коррозион­ную стойкость. Это связано с тем, что увеличивается эф­фективность работы многоэлектродной системы, такой, например, как α+Cu (катод) — Mg₂Si—α-обедненная зона (аноды).

В сплавах с избытком кремния вредное влияние ока­зывают даже небольшие количества меди. Изменение со­держания меди от 0,05 до ОД % заметно ухудшает сопро­тивление межкристаллитной коррозии. Предел выносли­вости поврежденных коррозией образцов при накопленной частоте, равной 50 %, после испытаний в растворе 3% NaCl+ l % HCl уменьшается примерно на 11 %. Доведение содержания меди до уровня, соответствующе­го ее содержанию в серийном сплаве АВ, приводит к резкому увеличению интенсивности и глубины коррозии. Это особенно хорошо видно по выделению водорода, количество которого возрастает в несколько десятков раз. Повышение чувствительности к МКК уменьшает предел выносливости серийного сплава на 28 %. Увеличение содержания железа та клее отрицательно влияет на сопротивление сплавов МКК, хотя в несколь­ко меньшей степени, чем увеличение меди. При повыше­нии содержания железа в четыре раза (с 0,16 до 0,66) предел выносливости уменьшается на 10 %.

Изменение, содержания меди в сплаве АВ при огра­ниченном содержании или отсутствии марганца влияет в основном на интенсивность коррозии и в меньшей сте­пени на ее глубину. Это приводит к тому, что в сплаве без марганца и меди концентрация напряжений в отдель­ных редких надрезах становится достаточно высокой и предел выносливости после коррозионных испытаний снижается до 55 МПа (рис. 57). При увеличении содер­жания марганца в сплаве эффективность влияния корро­зионных надрезов уменьшается. При содержании мар­ганца 0,4—0,6 % предел выносливости образцов с кор­розионными поражениями повышается на 45 %. Это можно объяснить образованием перекристаллизованнойструктуры, более равномерным распределением выделе­ний и разблагораживанием электродного потенциала же­лезосодержащей фазы при содержании в ней марганца. Дальнейшее повышение содержания марганца до 0,8 % вновь приводит к уменьшению коррозионной стойкости, вероятно, вследствие появления грубых интерметалличе­ских включений, способных быть эффективными кон­центраторами напряжений.

Таким образом, при ограничении в сплаве АВ меди до 0,05 %, железа до ОД5 % и увеличении марганца до 0,40—0,60 % можно в несколько раз уменьшить чувстви­тельность к МКК и на 45 % увеличить предел выносливо­сти при наличии на поверхности коррозионных пораже­ний.

Хотя приведенные ранее закономерности получёны при испытаниях ускоренными методами в растворах, они хорошо согласуются с испытаниями в атмосферных условиях. Например, при испытании образцов на уста­лость, предварительно выдержанных в промышленной атмосфере в течение 6 мес, предел выносливости понижа­ется примерно в таком же соотношении, как и после вы­держки в течение 24 ч в растворах 3 % NaCl+1 % НС1 и 3 % NaCI + 0,1 % Н₂0₂.

Хотя уменьшение предела выносливости после вы­держки в атмосферных условиях у всех трех сплавов весьма значительно, у авиля АВпч оно меньше, чем у сплава АВ в 1,4 раза и чем у сплава АДЗЗ в 1,25 раза.

Предел коррозионной выносливости также заметно выше у авиаля АВпч, чем у серийных сплавов. Так, на базе 10⁷ циклов он до­стигает для него 85 МПа, в то время как для спла­вов АДЗЗ и АВ этот пре­дел составляет 50 и 35 МПа соответственно. Еще более заметное различие было обнаружено у АВпч и серийного авиаля по скорости распространения коррозионно-усталост­ной трещины. Средняя скорость распространения трещины при уменьшении в сплаве АВ меди и некотором повышении марганца умень­шается в два раза.

Скорость распространения коррозионно-усталостной трещины у сплава АДЗЗ близка к скорости распростра­нения ее у авиаля АВпч, хотя и несколько выше, чем у него.

Дата добавления: 2015-08-17