ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм процесса коррозионного растрескивания титановых сплавов из "Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов" В предыдущих разделах была сделана попытка выделить различные параметры, которые оказывают влияние на КР титана и его сплавов. Кроме того, была отмечена сложность проблемы КР и интерпретации результатов. Много было предложено гипотез КР, но представленный большой анализ является качественным и до некоторой степени философским. В настоящей дискуссии предполагается показать главные проблемы в основе теорий КР и затем представить обзор достижений в этой области. [c.388] Любая законченная теория КР должна объяснять взаимосвязь таких трех факторов, как энергетические условия разрушения (это термодинамическая проблема, которая в итоге может быть решена на уровне квантовой механики, т. е. влияние среды на прочность связи), кинетика процесса разрушения и специфическое влияние металлургических и химических факторов. [c.388] Пока детали этих и, вероятно, других факторов недостаточно ясны, сомнительно, чтобы какая-либо теория могла быть критически оценена. [c.389] В предшествующем разделе параметры, влияющие на КР титана, были разделены на три большие категории те же категории будут использованы в качестве основы для последующей дискуссии. Коррозионное растрескивание в водном и метанольном растворах было детально проанализировано. Относительно опасных компонентов этих сред были выдвинуты два постулата. Во-первых, взаимодействие водорода с титаном, которое принимает форму либо внедрения в решетку с образованием водородного охрупчивания, либо адсорбции в вершине трещины. Во-вторых, взаимодействие галоидов с титаном в форме адсорбции илн растворения металла. [c.389] Эти основные положения обсуждаются более подробно ниже. Кроме того, предпринимается попытка обобщить основные представления о процессах КР, происходящих в других средах. [c.389] Зависимости v от К, данные которых были представлены вначале, являются наиболее удачным выражением кинетических особенностей растрескивания и зависимости растрескивания от напряжения. Использование коэффициента интенсивности напряжения, несомненно, удовлетворяет тех, кто рассматривает линейную упругую механику разрушения в качестве основного средства решений всех проблем разрушения, но не удовлетворяет тех, кто считает, что такие зависимости не дают достаточной информации о КР. Вероятно, истина находится между этими двумя крайностями. Достижение механики разрушения (для металлических материалов) базируется на теории Гриффитса [199] разрушения упругих твердых тел. Согласно анализу Орована — Ирвина для металлических материалов [200, 201] в процессе разрушения совершается работа пластической деформации дополнительно к работе упругой деформации, необходимой для образования новых поверхностей. Таким образом, уравнение Гриффитса изменяется и для плосконапряженного состояния принимает вид Стт = = 2E y,+yp)ln ) k. [c.389] Это сразу же приводит к трудностям в интерпретации влияния среды на процессы разрушения, поскольку ур всегда много больше у - Даже в экстремальном случае при охрупчивании сплава Ti—8 Al—1 Мо—IV в жидкой ртути скорость высвобождения энергии разрушения Gi почти на два порядка выше, чем принятая величина поверхностной энергии для титана 1000 мДж/м . Таким образом, можно констатировать, что либо среда влияет на пластические свойства материала, либо энергия распространения трещины не мон ет рассматриваться как выражение суммы пластической и поверхностной энергий. [c.389] В настоящее время наблюдается недостаточное понимание роли напряжения и деформации в зарождении трещины и ее распространении. Некоторые выдвинутые постулаты, учитывающие эти параметры, оиисываются ниже в общем виде. [c.390] Характеристиками области / роста трещины является ярко выраженная зависимость V от коэффициента интенсивности напряжений, высокая кажущаяся энергия активации и отсутствие порогового значения К. Такое поведение наблюдается в растворах, в которых титан полностью не пассивен. Таким образом, не существует трудностей в зарождении трещины, если среда может проникать в уже имеющуюся оксидную пленку. В средах, которые не проникают в оксидную пленку, например жидкая ртуть, для зарождения трещины требуется механический разрыв этой иленки. [c.390] Такое предположение основывается на то.м, что максимальные напряжения, возникающие вблизи вершины трещины, будут зависеть от легкости релаксации пластической деформации и протяжеиности ее зоны. В пользу этой гипотезы имеется несколько доказательств. Во-первых, как можно видеть из рис. 38, наклон кривой в области / зависит от термической обработки и уменьшается с ростом предела текучести материала. Во-вторых, из результатов [124] для межкристаллитного характера роста трещин (= область / ) в титане марки СР-50А был получен меньший наклон кривой 0,055 МПа-м / . [c.390] ВОВ Т1—8А1—1 Мо—IV (ЗС) и Т1—5А1—2,5 Зп. В последнем случае растрескивание происходит при напряжениях, близких к пределу прочности на растяжение, что возможно указывает на необходимость нахождения металла в области пластической деформации или в сложнонапряженном состоянии. Трещины могут также зарождаться и на гладких образцах некоторых (а+Р) и -сплавов при напряжениях вблизи предела текучести. В большей части представленных ранее экспериментов по КР рассматривалось зарождение трещины в связи с воздействием среды, начиная с предварительно существующей (статической) трещины. Уируго-пластическое поведение в вершине такой предварительно существующей трещины (подчеркнутое в модели ) недостаточно понятно, поэтому любой анализ распределения напряжений или деформации чрезвычайно затруднен. Наблюдение за надрезом, за влиянием остроты надреза и толщины образца указывает на важность вида напряжения, по крайней мере для а- и (а + Р)-сплавов. Поэтому любая теория по влиянию напряжения на КР должна объяснить несколько факторов важность вида напряжения (т. е. плосконапряженное состояние или условие плоской деформации) существование и значение порогового коэффициента интенсивности напряжений Klкv, зависимость скорости роста трещины от напряжения в области И а роста трещин и независимость от напряжения в области П роста трещин. [c.391] Как описано ранее, в процессе распространения трещины КР происходит микро- и макроветвление трещин. Такое множественное растрескивание будет видоизменять локальную область напряжений и осложнять любой анализ механических факторов. [c.391] Для объяснения указанных выше факторов были предложены качественные и количественные модели, которые будут рассмотрены ниже. [c.391] Наблюдение, что большинство сплавов в областях II а и II разрушаются путем транскристаллитного скола, привело в результате к постулату нормальных напряжений в качестве критерия разрушения. Существуют два возможных метода рассмотрения этого критерия в макро- и микромасштабах, которые обсуждаются раздельно. [c.392] Трудность такого анализа обычно заключается в том, что максимальные нормальные напряжения в образцах с надрезом встречаются вблизи или на границе упруго-пластической зоны и к тому же поверхностные напряжения не могут быть выше предела текучести (для деформационно-неупрочненного материала). [c.393] Для обоснованного анализа необходимо допустить, что некоторое количество агрессивных компонентов мигрирует по границе перехода пластически деформированной области в упругодеформированную, способствуя образованию трещин. Не требуется доказательств, что в большинстве титановых сплавов такое растрескивание возможно при наличии концентратора напряжений в виде существующей трещины. [c.393] В работе [31] сделана попытка также учесть изменения распространения трещин в зависимости от состава и термообработки сплавов а и (a-f ). Предположили, что некоторое увеличение скорости связано с наложением на механическую составляющую скорости vm электрохимической скорости Ve, т. е. ut = vm+Ve. Было принято, что минимальная электрохимическая скорость в области II контролируется средой, т. е. процессом массопереноса. Кроме того, было предположено, что дополнительное механическое разрушение наиболее вероятно в сплавах и при термообработках, после которых характерно разрушение сколом на воздухе. Такое поведение схематично представлено на рис. 95. Используя наиболее значимые эмпирические достижения, авторы работы [31] смогли оценить некоторые изменения в скорости, наблюдаемые при различных термообработках сплава Ti—8 Al—1 Mo—1 V. [c.393] Дальнейшая немалая работа потребуется для доказательства надежности и применимости этого анализа для всех титановых сплавов. Как показано на рис. 75, влияние термообработки на рост трещин в -сплавах иное, чем в а-сплавах. [c.393] Микромасштаб, примененный во многих случаях к хрупкому разрушению, основывается на том, что высокие нормальные напряжения возникают на конце плоскостного скопления краевых дислокаций, блокированных препятствиями в виде границ зерен. Следует отметить обзорную работу [211] по применению та кого подхода к проблемам разрушения. Этот вид анализа был успешно приме ней [I58i] для объяснения напряженного состояния, вызывающего зарождение трещин в жидких металлах. Однако анализ не может быть использован для прогнозирования сопротивления коррозионному растрескиванию титановых сплавов могут быть определены лишь некоторые тенденции качественного характера. [c.393] Таким образом, при испытании с постоянно изменяющейся скоростью деформации по достижении пластического течения металла величина е должна быть постоянной. Следовательно, трудно предусмотреть, как одна скорость деформации может быть в известном смысле ответственной за величину Кткр-Было принято без доказательств, что внутри надреза (или предварительно нанесенной трещины) могут происходить локальные изменения свойств раствора [213]. [c.394] Вернуться к основной статье