Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературных источников . 12
1. Влияние метеопараметров атмосферы на коррозию металлических материалов 15
2. Наиболее опасные виды коррозии алюминиевых сплавов 17
3. Анализ нормативной документации, регламентирующей методы натурных 19
испытаний и способы оценки атмосферной коррозионной стойкости алюминиевых
сплавов
3.1. НД на методы коррозионных испытаний металлических материалов на 19 климатических станциях .
3.2. НД на способы оценки коррозионной стойкости алюминиевых сплавов 20
3.3. Зарубежные методы оценки коррозионных свойств алюминиевых сплавов 4. Исследование климатической стойкости алюминиевых сплавов в России и за 24 рубежом
5. Коррозионные испытания алюминиевых сплавов 25
6. Цель и постановка задачи 32
Глава 2. Объекты и методы исследования
1. Методика проведения натурно-ускоренных климатических испытаний 36
2. Характеристика климатических условий ГЦКИ ВИАМ 38
3. Материалы для испытаний 39
3.1. Применение исследуемых алюминиевых сплавов в авиационной промышленности .
4. Оценка коррозионных свойств материалов. 43
5. Особенности критериев коррозионной стойкости материалов
5.1. Скорость коррозии 46
5.2. Межкристаллитная коррозия 49
5.3. Питтинговая коррозия 51
5.4. Расслаивающая коррозия 53
5.5. Потери механических свойств материала 55
6. Шероховатость поверхности как фактор коррозионной восприимчивости материала
6.1. Шероховатость поверхности исходных образцов 59
Выводы 60
Глава 3. Результаты натурно-ускоренных испытаний 62
1. Оценка внешнего вида поверхности образцов 62
1.1 Рентгеноспектральный микроанализ состава продуктов коррозии 65
2. Исследование динамики развития скорости коррозии 66
3. Оценка склонности сплавов к межкристаллитной коррозии 70
4. Результаты измерения питтинговой коррозии 78
4.1. Сравнение методов оценки склонности сплавов к питтинговой коррозии 84
5. Оценка стойкости к расслаивающей коррозии 86
6. Фрактографические исследования 89
7. Оценка изменения механических свойств материалов 104
8. Анализ метеопараметров за период проведения испытаний. 108 Выводы 111 Глава 4. Интегральный коррозионный коэффициент 114
1. Неразрушающие методы контроля коррозионных поражений 114
1.1. Капиллярный метод исследования площади коррозионных поражений 114
1.2. Оценка глубины коррозионных поражений вихретоковым методом 116
2. Методика расчета интегрального коррозионного коэффициента 117
3. Оценка коррозионной стойкости алюминиевых сплавов в пересчёте на 129
интегральный коррозионный коэффициент Выводы 132
Заключение 134
Перечень сокращений и условных обозначений 136
Перечень литературы .
- Наиболее опасные виды коррозии алюминиевых сплавов
- Применение исследуемых алюминиевых сплавов в авиационной промышленности
- Шероховатость поверхности как фактор коррозионной восприимчивости материала
- Оценка склонности сплавов к межкристаллитной коррозии
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Климатические испытания
алюминиевых сплавов помогают оценить поведение материалов в условиях, приближенных к эксплуатационным и являются неотъемлемой частью исследования их свойств. Ввиду высоких темпов развития современной авиационной промышленности при разработке новых сплавов не всегда возможно проведение натурных испытаний в условиях открытой площадки из-за их высокой длительности. В связи с этим, актуальным является вопрос анализа методов проведения натурно-ускоренных испытаний с определением факторов, оказывающих наибольшее влияние на развитие коррозионного процесса, с целью разработки методики проведения климатических испытаний, позволяющей оценить максимум коррозионного развития алюминиевых сплавов в сжатые сроки (~ в 4 раза быстрее) по сравнению с традиционными климатическими испытаниями.
Данные по коррозионной стойкости алюминиевых сплавов ввиду
разнородности своей природы и способов оценки представляют собой довольно
сложный набор данных в части определения его общего коррозионного
состояния, поскольку коррозионное поведение алюминиевых сплавов
определяется целым рядом различных коррозионных процессов (питтинговая,
межкристаллитная, расслаивающая коррозия). При этом показатели
коррозионной стойкости обладают различной значимостью и вносят различный вклад в общую картину коррозионного состояния материала. На сегодняшний день оценка коррозионной стойкости алюминиевых сплавов состоит в получении значений отдельных параметров, выраженных в численном виде, при этом отсутствуют какие-либо индексы/коэффициенты, характеризующие его общее коррозионно-активное состояние, которые позволили бы в наиболее полной мере охарактеризовать коррозионное поведение с учетом наиболее значимых и информативных критериев. Актуальной является задача разработки метода расчета интегрального коэффициента коррозионного разрушения
алюминиевого сплава на основе обобщения и анализа результатов натурной
экспозиции и натурно-ускоренных испытаний, в полной мере
характеризующего его уровень сопротивления коррозионному разрушению.
Применение алюминиевых сплавов в изделиях авиационной техники (АТ),
особенно всеклиматического назначения, предъявляет повышенные
требования по стойкости к воздействию окружающей среды. Результаты
исследования коррозионной стойкости материалов позволяют обосновать
рекомендации по необходимому уровню защиты материала и конструктивным
решениям (исключение образования застойных зон, обеспечение возможности
осмотра и др.). Актуальной задачей является разработка методики определения
потерь прочности конструкции из алюминиевых сплавов на участках с
нарушенным слоем покрытия при наличии коррозионных поражений с
применением неразрушающих методов контроля при проведении
профилактических и ремонтных мероприятий по обслуживанию изделий АТ.
Цель работы: разработка метода расчета интегрального коррозионного коэффициента для оценки прочностных потерь конструкции из листов из алюминиевых сплавов с использованием неразрушающих методов контроля на основе исследования закономерностей поведения материалов при натурно-ускоренных климатических испытаниях.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи работы:
-
Разработка методики проведения натурно-ускоренных климатических испытаний алюминиевых сплавов, позволяющей оценить коррозионное поведение материалов за 1-2 года экспозиции при условии стабилизации показателей коррозионной стойкости.
-
Проведение комплексных исследований коррозионной стойкости алюминиевых сплавов после натурно-ускоренных испытаний с применением методов металлографического, фрактографического анализа, неразрушающих методов контроля и оценкой изменения механических свойств.
-
Разработка показателя питтинговой коррозии алюминиевых сплавов с оценкой его чувствительности к изменению агрессивности коррозионного воздействия.
-
Оценка возможности применения вихретокового контроля для обнаружения межкристаллитной коррозии алюминиевых сплавов.
-
Анализ данных климатической экспозиции листов из деформируемых алюминиевых сплавов при испытаниях натурными и натурно-ускоренными методами в условиях умеренно теплого климата.
-
Разработка метода расчета интегрального коррозионного коэффициента, позволяющего оценить уровень прочностных потерь конструкции из листов из алюминиевых сплавов с помощью неразрушающих методов контроля при проведении плановых осмотров изделий АТ.
Научная новизна:
1. Разработана методика натурно-ускоренных испытаний, позволяющая
оценить коррозионную стойкость алюминиевых сплавов в натурных
климатических условиях за 1-2 года экспозиции при условии стабилизации
показателей коррозионной стойкости без изменения механизма коррозионного
разрушения.
2. Показано, что при натурно-ускоренных испытаниях прекращение роста
глубины межкристаллитной коррозии для разных сплавов составляет 6-12
месяцев, что позволяет в достаточно короткий срок оценить склонность
алюминиевых сплавов к наиболее опасному виду коррозионного разрушения,
оказывающему наибольшее влияние на падение прочностных свойств.
3. Установлено, что глубина коррозионных поражений, определяемая
вихретоковым методом на алюминиевых сплавах зависит от глубины МКК
(межкристаллитной коррозии). При этом соответствие глубины МКК,
определяемой вихретоковым и металлографическим методами, различается
для разных сплавов и зависит от структурного состояния и характера
распространения МКК.
4. На основе анализа результатов многолетней экспозиции на климатической станции в условиях умеренно теплого климата, а также натурно-ускоренных испытаний в течение 4 лет, разработан метод расчета интегрального коррозионного коэффициента двумя методами: для образцов алюминиевых сплавов после натурных, натурно-ускоренных или имитационных испытаний (метод А) и для конструкций с применением неразрушающих методов контроля (метод Б). По результатам испытаний установлены диапазоны потерь механических свойств (в, 0,2, ), соответствующие индексу интегрального коэффициента по шкале от 1 до 7.
Практическая значимость работы.
Показана целесообразность применения вихретоковой дефектоскопии для неразрушающего контроля конструкций из листов деформируемых алюминиевых сплавов, подверженных межкристаллитной коррозии. В разработанной методике при определении наличия МКК вихретоковым методом в материале, примененном в составе конструктивного элемента, глубина поражения определяется с использованием образцов-свидетелей.
Показано, что методика проведения натурно-ускоренных испытаний образцов на атмосферном стенде в горизонтальном положении под навесом с распылением раствора морской соли обуславливает инициирование и ускорение коррозионного процесса ~ в 4 раза по сравнению с испытаниями в открытой атмосфере. Установлено, что проведение испытаний под навесом обуславливает более контролируемый и воспроизводимый процесс натурно-ускоренных испытаний алюминиевых сплавов, чем на открытой площадке.
Разработана методика интегральной оценки коррозионной стойкости образцов и конструкций из алюминиевых сплавов в баллах по совокупности наиболее значимых параметров. Применение методики позволит проводить сравнительную оценку алюминиевых сплавов при испытаниях в различных условиях, а также оценивать потери механических свойств с использованием
неразрушающих методов контроля при проведении плановых осмотров изделий АТ, изготовленных из листовых деформируемых алюминиевых сплавов.
- Определены диапазоны прочностных потерь образцов из листов алюминиевых сплавов, соответствующие индексам интегрального коррозионного коэффициента по шкале от 1 до 7 для возможности оценки степени снижения прочностных свойств в конструкциях из листов алюминиевых сплавов толщиной ~ 2 мм.
Разработанные методики могут быть использованы при создании единой методологии климатических испытаний, а также для актуализации и формирования комплекса национальных стандартов и нормативных документов для испытаний на воздействие окружающей среды.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методика натурно-ускоренных испытаний образцов из листовых алюминиевых сплавов, позволяющая ускорять коррозионные процессы в 4-5 раз без изменения механизма коррозионного разрушения по сравнению с испытаниями в открытой атмосфере.
-
Метод расчета интегрального коррозионного коэффициента по совокупности параметров локальных коррозионных поражений деформируемых алюминиевых сплавов, позволяющий оценивать снижение механических свойств материалов в составе конструкции с применением неразрушающих методов контроля.
-
Результаты определения диапазонов потерь механических свойств (в, 0,2, ) образцов из листов деформируемых алюминиевых сплавов толщиной ~ 2 мм, соответствующих индексам интегрального коэффициента по шкале от 1 до 7, для возможности оценки степени снижения прочностных свойств материалов в составе конструкции.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется комплексным характером работы, системным подходом к проводимым исследованиям с
использованием поверенного оборудования и стандартных апробированных
экспериментально-аналитических методик; результаты экспериментов
обрабатывались методами математической статистики.
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7
всероссийских и международных научно-практических конференциях:
международной молодежной конференции «Новые материалы и технологии
глубокой переработки сырья – основа инновационного развития экономики
России», г. Геленджик, 2012 г.; международной конференции
«Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты
металлов от коррозии», Москва, 2011 г.; IX научно-технической конференции
по гидроавиации Гидроавиасалон-2012, г. Геленджик, 2012 г.; »,
Москва, 2012 г.; II Всероссийской научно-технической конференции
«Фундаментальные и прикладные исследования коррозии и старения
материалов в климатических условиях: проблемы и перспективы», г.
Геленджик, 2015 г.; конференции «Фундаментальные исследования и
последние достижения в области литья, деформации, термической обработки и
защиты от коррозии алюминиевых сплавов», Москва, 2015 г.; молодежной
конференции «Фундаментальные научные основы современных комплексных
методов исследований и испытаний материалов, а также элементов
конструкций», Москва, 2015 г.; научно-технической конференции
«Фундаментальные исследования и последние достижения в области защиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов и сложных технических систем в различных климатических условиях», г. Геленджик, 2016 г.
Личный вклад автора заключается в постановке и обсуждении целей и задач исследований, проведении испытаний и оценке свойств материалов, обобщении и анализе результатов испытаний, разработке метода расчета интегрального коэффициента коррозионного разрушения, формулировании положений и выводов работы.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 15
статьях, из них в 9 периодических изданиях, соответствующих требованиям
Высшей аттестационной комиссии для публикации результатов
диссертационной работы.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и библиографического списка. Работа изложена на 147 страницах, включает 59 рисунков и 29 таблицы, список использованной литературы – 104 библиографические ссылки.
Наиболее опасные виды коррозии алюминиевых сплавов
Натурные и ускоренные испытания алюминиевых сплавов являются взаимодополняющими, т.к. в целом только совокупность результатов этих испытаний может дать наиболее полную и достоверную информацию о коррозионно-активном состоянии материала.
Разработка новых методов коррозионных испытаний, приближенных к условиям эксплуатации является одним и актуальных направлений европейских исследований коррозии [46].
Целый ряд работ посвящен ускоренным лабораторным испытаниям алюминиевых сплавов, режимы которых всегда строго оговорены соответствующим ГОСТом. Ускоренные коррозионные испытания позволяют оценить склонность сплава к отдельным видам коррозии и являются незаменимыми при разработке сплавов и режимов термической обработки, когда варьированием хим. состава и режимов т/о можно получить оптимальный уровень механических свойств в сочетании с приемлемыми коррозионными характеристиками [47-49].
В ГОСТ 9.913-90 приведена таблица применяемых ускоренных методов, имитирующих те или иные климатические факторы атмосферы. Однако сопоставление данных, полученных при испытаниях ускоренным лабораторным методом и в натурных условиях, показывает отсутствие корреляции и невозможность прогнозирования коррозионного поведения материала в реальных условиях по результатам лабораторных испытаний.
Большое количество исследований посвящено испытаниям в камере солевого тумана (КСТ), имитирующей воздействие тропического климата, включая морской туман (по ГОСТ 9.913-90 [41]). В источнике [50] приводятся результаты исследований по оценке зависимости коррозионных потерь от седиментации хлоридов на поверхности сплавов, подверженных питтинговой коррозии при испытаниях алюминиевых сплавов в КСТ. Авторами отмечается, что разница в поверхностной концентрации хлоридов оказывает непосредственное влияние на коррозионное поведение материалов. Сплавы с малым содержанием меди, в которых отсутствует фаза CuAl2, в большей степени подвержены равномерной коррозии, вследствие чего удержание хлоридов на их поверхности сверх определенного количества затруднено из-за их осыпания и смыва. Для сплавов с большим содержанием меди и наличием фазы CuAl2 характерно активное питтингообразование и неравномерный рельеф, которые способствуют удержанию хлоридов.
В работе [51] проведены испытания сплава Д16 с определением коррозионных потерь. Показано, что количественные результаты при ускоренных испытаниях слабо коррелируют с результатами натурных испытаний, коррозионный процесс в камере на сплаве Д16 идет без замедления. Показано, что в первом приближении коррозионные потери сплава Д16 линейно зависят от расчетной скорости выпадения хлоридов. Коррозия увеличивается во времени в среднем со скоростью 1 мг/(м2сут), т.е. образующиеся продукты коррозии не тормозят коррозионный процесс. Напротив, в натурных атмосферных условиях скорость коррозии сплава Д16 в разных климатических зонах во времени постепенно уменьшается, и связано это с формированием слабозащитного слоя продуктов на сплаве.
Наиболее ценную информацию представляют натурные испытания, результаты которых помогают оценить поведение материала в реальных условиях. Работа [52] посвящена исследованию коррозионной стойкости сплава Д16 в условиях морских субтропиков на разной удаленности от моря (до 2000 м).
При испытаниях в натурных климатических условиях атмосферная коррозия развивается неравномерно в зависимости от роста или уменьшения слоя электролита, который, как правило, бывает очень тонким, на поверхности образца. На развитие коррозии большое влияние оказывает параметр осадков. Помимо химического состава дождевой воды, важны физические характеристики, такие как количество осадков, попадающих на поверхность и их интенсивность, а также продолжительность «влажных» и «сухих» периодов, которые оказывают значительное влияние на коррозионный процесс. Частое выпадение осадков способствует смыву хлоридов с поверхности образца и, тем самым, снижению скорости коррозии [53].
Далее рассмотрим некоторые примеры проведения натурно-ускоренных испытаний алюминиевых сплавов.
В работе [10] с помощью натурно-ускоренного метода проведены испытания образцов трех алюминиевых сплавов с целью получения прогнозной оценки коррозионной стойкости материалов по потере массы образцов. Ускорение процесса коррозии достигалось при искусственной седиментации хлоридов путем периодического (через каждые 10 сут.) кратковременного погружения образцов в растворы NaCl различной концентрации в течение всего времени испытаний. Недостатком данного метода является экспозиция образцов на открытой площадке, что обуславливает существенное влияние метеопараметров атмосферы на процесс коррозионного воздействия: в теплое время года происходит практически мгновенное испарение пленки наносимой влаги, а в зимнее время года наносимые растворы подвержены смыванию осадками. Это обстоятельство значительно уменьшает эффект и без того нечастого воздействия пленки наносимого электролита. По данным, приведенным в работе, зависимость коррозионных потерь от времени в морской атмосфере близка к линейной, однако в ходе проведения натурно-ускоренных испытаний, результаты которых приведены в Главе 3, с более частыми съемами при большей продолжительности испытаний, показана нелинейная зависимость коррозионных потерь от времени.
Применение исследуемых алюминиевых сплавов в авиационной промышленности
Установлено, что в среднем скорость расслаивающей коррозии вдоль волокна (вдоль направления деформации) на порядок больше, чем по толщине. В очагах расслаивающей коррозии в основном выдерживается соотношение 10Lх5Вх1Н, где L, В и Н — соответственно длина, ширина и глубина коррозионного повреждения. При проведении многочисленных осмотров элементов конструкции были установлено, что скорость распространения расслаивающей коррозии вдоль волокна составляет 3 мм / год [75].
В стандартеASTMG112-92[34] показано, что на сегодняшний день отсутствует какой-либо количественный метод, позволяющий оценить степень расслоения материала. Были предприняты попытки оценить степень расслоения по потере массы после удаления свободно отделяющихся чешуек материала путем очистки и промывки с щеткой. Однако такой метод можно использовать только на образцах с равномерным расслоением и при условии, что отслоенная часть может быть легко удалена. На практике РСК имеет чаще всего избирательный характер и продукты коррозии могут застревать, что приводит к приросту массы, а так как данный прирост происходит не достаточно равномерно, такой метод не может быть применен в качестве количественного метода оценки.Поэтому на сегодняшний день единственным способом оценки степени расслоения материала является визуальный метод сравнения площади расслоенной поверхности с описанием и фотографиями, приведенными в ГОСТ 9.904 и градация результатов по 10-бальной шкале. В зарубежной практике для оценки степени РСК в зависимости от серии системы сплава применяются стандарты ASTM G34 и G66[84-85], которые используют один и тот же код рейтинга, но различные иллюстративные фотографии.
Механические свойства материала (временное сопротивление при растяжении, предел текучести, относительное удлинение, модуль упругости, МЦУ, твердость и др.) являются важнейшими характеристиками конструкционного материала. Однако при климатических испытаниях коррозионному воздействию подвергается в основном поверхность образца, при этом глубина коррозионного воздействия часто много меньше толщины образца. При испытаниях же на растяжение мы получаем данные, характеризующие все сечение образца.
В ходе проведения многолетних испытаний алюминиевых сплавов в ГЦКИ было выявлено, что потери временного сопротивления при растяжении взначительно отличаются в зависимости от толщины листа. Так для листов толщиной 2 мм после 1-3 лет экспозиции на открытой площадке потери в не превышают 10%, а для листов толщиной 0,5 мм потери могут доходить до 80%. Таким образом, достоверная оценка прочностных характеристик материала после коррозионных испытаний является сложной задачей.
По ГОСТ 9.908-85 в процессе климатических испытаний снижение механических свойств является характеристикой коррозионного эффекта МКК. Однако, если толщина слоя материала, подвергшегося коррозионному воздействию, много меньше общей толщины образца (в зависимости от глубины коррозионного поражения разница может достигать 5-10 раз), то получаемые значения потерь прочностных свойств не являются характеристикой, восприимчивой к изменению коррозионно-активного состояния материала [63].В процессе испытаний потери прочностных свойств мало изменяются с увеличением срока экспозиции.
Потери относительного удлинения при климатических испытаниях, напротив, могут достигать 70-80% от исходных и характеризуются значительными разбросами получаемых значений. По-видимому, столь значительное падение данной характеристики объясняется переходом от внутризеренного к межзеренному разрушению при растяжении, происходящему в результате развивающейся по границам зерен межкристаллитной коррозии.Большие разбросы получаемых значений могут быть обусловлены неравномерностью коррозионного поражения поверхности. При испытаниях на растяжение место разрыва не всегда происходит в наиболее коррозионно-поврежденном участке, что сказывается на результатах испытаний.
Одним из достоинств метода натурно-ускоренных испытаний является более равномерное коррозионное разрушение поверхности образца, чем при свободной экспозиции без облива. Таким образом, при изготовлении образцов для определения механических свойств рабочая часть образца всегда проходит через коррозионно-поврежденный участок, даже после небольших сроков экспозиции. Коррозионные поражения на образцах, испытываемых на открытой площадке без облива, как правило, имеют более избирательный характер и меньшую площадь распространения.
В данной работе проведены стандартные испытания на осевое растяжение при 200 с целью оценки уровня падения мех.свойств по сравнению с испытаниями без воздействия коррозионно-активными компонентами.
На Рис. 11 представлены сравнительные данные по потерям мех.свойств после 3 и 12 мес. экспозиции образцов сплава 1163 в условиях открытой площадки (ОП), навеса и навеса с обливом раствором морской соли в конц. 5 г/л. Из графика видно, что при испытаниях на ОП отсутствуют потери относительного удлинения, которые при испытаниях под навесом с обливом достигают 25%. Скорость коррозии после 3 мес. испытаний значительно различается для испытаний с обливом по сравнению с испытаниями без облива, далее после 1 года разница сокращается, т.к. скорость коррозии при испытаниях с обливом начинает снижаться, а при испытаниях без облива продолжает расти (см. п. 4.1.).
Шероховатость поверхности как фактор коррозионной восприимчивости материала
Впервые получены данные по коррозионной стойкости алюминиевых сплавов 1424Т1, В-1341Т1, 1370Т1, 1441Т1, В-1461Т1, В-1469Т1, В96ц3пчТ12, 1913Т3 при длительной экспозиции под навесом (после 4 лет), а также с ежедневным обливом растворами морской солив условиях умеренно теплого климата.
При оценке общей коррозионной стойкости выявлена прямая зависимость диаметра коррозионных поражений от количества осажденных на поверхности хлоридов. Наименьший диаметр коррозионных поражений и седиментация хлоридов была обнаружена на образцах сплавов 1424Т1, В-1341Т1 и 1913Т3, средние значения получены для сплавов 1370Т1, В96ц3пчТ12 и 1441Т1, наибольшие – для В-1461Т1 и В-1469Т1. Площадь коррозионных пораженийи диаметр корр. очагов меньше для сплавов с малым содержанием меди: 1424Т1, 1913Т3 и В-1341Т1.
Динамика изменения скорости коррозии при испытаниях с обливом для всех сплавов практически одинакова: наибольшие значения получены после 3-х месяцев испытаний, далее происходит значительное снижение скорости коррозии, после 1 года испытаний Vкоррпрактически не изменяется. При испытаниях без облива отмечается влияние метеопараметров атмосферына характер кривой Vкорр, в частности продолжительности увлажнения поверхности и количества выпадения хлоридов. Максимум значений скорости коррозии для большинства сплавов при испытаниях без облива – после 1 года.Для сплавов 1424Т1 и В-1341Т1 отмечена наиболее низкая скорость коррозии, для В96ц3пчТ12 и В-1461Т1 – наиболее высокая.
Наименьшая глубина питтинга была обнаружена на сплавах 1424Т1 и В-1341Т1, наибольшая – для 1913Т3 и В96ц3пчТ12. Для всех сплавов отмечен стабильный рост глубины питтинга в течение всего периода испытаний. Коэффициент ускорения испытаний с обливом составляет 2-4 раза для разных сплавов: для сплавов 1424Т1,В-1469Т1, 1370Т1коэф. ускорения равен 2, для В-1341Т1, В96ц3пчТ12коэф. ускорения равен 4. Для сплавов В-1461Т1 и 1441Т1 глубина питтинга образцов с обливом гораздо больше по сравнению с образцами без облива. Выявлено значительное преимущество неразрушающего метода измерения глубины питтинга по сравнению с металлографическим способом по точности измерения.
По результатам металлографических исследований сплавы 1424Т1 и 1913Т3 не проявили склонности к МКК, наибольшая глубина МКК обнаружена для сплавов 1370Т1 и 1441Т1. Для всех сплавов наблюдается торможение роста МКК после 1 года испытаний. Сравнение результатов металлографических исследований после лабораторных и натурно-ускоренных испытаний показали, что данные виды исследования не коррелируют между собой, таким образом, для достоверной оценки коррозионной стойкости материала необходимо проведение натурной экспозиции. По характеристике МКК коэффициент ускорения испытаний с обливом по отношению к испытаниям без облива равен четырем.
Определены потеримеханических свойств образцов алюминиевых сплавов: потери в и 0,2 не превышают 18% после 1 г. испытаний, потери доходят до 90%. После 2х лет испытаний потери относительного удлинения увеличились на 30-40%.Наименьшие потери мех. свойств были получены для сплавов, не подверженных МКК, – 1424Т1 и 1913Т3.
Результатами испытаний установлено, что наибольшее значение на ускорение коррозионного процесса оказывает непосредственно нанесение пленки электролита на поверхность образца, а не концентрация наносимого раствора. Различие коррозионного эффекта солевых растворов конц. 5 и 10 г/л незначительно, а раствор в конц. 1 г/л обладает недостаточным коррозионным эффектом, что позволяет выделить в качестве наиболее оптимального применение концентрации 5 г/л. рН раствора в конц. 5 г/л наиболее близок к рН морской воды (8,3 и 8,2 соответственно), что позволяет рекомендовать морскую воду в качестве активатора коррозионного процесса при натурно-ускоренных испытаниях.
Анализ метеоданных показал, что при испытаниях с обливом сезонные различия параметров атмосферы оказывают минимальное влияние на динамику коррозионного процесса. При испытаниях же без облива влияние метеопараметров более весомо; наибольшее влияние на развитие коррозионного процесса оказывают продолжительность увлажнения поверхности и количество выпадающих хлоридов.
Оценка склонности сплавов к межкристаллитной коррозии
Таким образом, при оценке параметров коррозионного разрушения в конструкцияхиз алюминиевых сплавов (при нарушении защитного слоя покрытия) с использованием неразрушающих методов контроля возможно оценить диапазон прочностных потерь в месте разрушения конструкции, соответствующих рассчитанному интегральному коэффициенту. Впоследствии полученная информация послужит основой принятия решения о проведении ремонтных операций, либо замене конструктивного элемента. В целом комплекс данных мероприятий позволит повысить эффективность предупреждающих мер по обнаружению и своевременному ремонту/замене потенциально опасных элементов конструкций, подвергнутых в процессе эксплуатации коррозионному разрушению, которые могут повлиять на снижение несущей способности (ресурса) конструктивного элемента.
Для установления значимости атмосферных параметров при проведении натурно-ускоренных испытаний необходимо проведение исследований в различных климатических поясах, в частности в субтропическом и тропическом климате. Проведение натурно-ускоренных испытаний в северных условиях несколько проблематично ввиду значительного количества дней в году с отрицательными температурами, когда нанесение солевого раствора нецелесообразно.
Ряд работ посвящен исследованию коррозионного разрушения сталей при испытаниях на климатических станциях с обливом морской водой [57, 104].Различные классы сталей по-разному проявляют склонность к тем или иным видам коррозии, но, тем не менее, исследование питтинговой и межкристаллитной коррозии сталей является важной задачей.Актуальным продолжением данной работы также может стать проведение натурно-ускоренных испытаний различных классов сталей с установлением возможности применения методики расчета интегрального коррозионного коэффициента, либо ее корректировки для различных классов сталей.
1. Разработана методика расчета интегрального коррозионного коэффициента двумя методами: для образцов алюминиевых сплавов после натурных, натурно-ускоренных или имитационных испытаний (метод А) и для конструкций с применением неразрушающих методов контроля (метод Б). По результатам 4х лет натурно-ускоренных испытаний установлены диапазоны потерь механических свойств (в, 0,2, ), соответствующие индексу интегрального коэффициента по шкале от 1 до 7 для листовых деформируемых алюминиевых сплавов.
2. Установлено, что наибольшей коррозионной стойкостью после 4х лет испытаний обладают сплавы 1424Т1 и 1913Т3 (К1 и К2), средней – В-1461Т1, В-1469Т1, В-1341Т1 и В96ц3пчТ12 (К3-5), наименьшей – 1370Т1 и 1441Т1 (К6-К7).
3. Отмечается корреляция данных по общей коррозионной стойкости образцов с коэффициентом Ккс. Для сплавов 1424, В-1341 и 1913 характерен наименьший диаметр коррозионных поражений и седиментация хлоридов, что обуславливало их меньшую подверженность коррозии, – коэффициент Ккс для этих сплавов 1 – 2. Несмотря на то, что для сплавов 1441 и 1370 характерны средние значения удержания хлоридов на поверхности образца, по результатам обобщенной оценки коррозионной стойкости эти сплавы признаны наименее коррозионностойкими среди остальных ввиду высоких значений глубины МКК, а также значительной РСК для сплава 1441.
4. Градация по интегральному коэффициенту Ккс1полностью совпадает с порядком увеличения глубины МКК, – т.о., характеристика МКК является наиболее значимой среди остальных параметров коррозионной стойкости.
5. Коэффициенты Ккс1 для всех сплавов после 1, 2х м 4х лет испытаний с обливом совпадают, из чего можно сделать вывод о том, что для проведения натурно-ускоренных испытаний достаточно 1 года, т.к. далее происходит снижение скорости коррозионного разрушения и характеристики изменяются незначительно.При испытаниях образцов без дополнительного воздействия коррозионно-активными компонентами через 4 года продолжается увеличение коррозионного разрушения материалов, из чего следует вывод о том, что для получения достоверной оценки коррозионной стойкости материалов в условиях натурной экспозиции требуются более длительные испытания.