Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор Литературы
1.1. Особенности коррозии в условиях эксплуатации ВС 8-11
1.2. Влияние коррозионных поражений на долговечность дуралюминов 12
1.3. Элек-хим. гетерогенность поверхности твердых металлов 13-16
1.4. Причины возникновения неоднородности алюминиевых сплавов и её влияние на коррозионную стойкость 16-19
1.5.1.Влияние неоднородной пластической деформации на электродный потенциал и скорости коррозии 20-24
1.5.2.Влияние последействия нагрузок функционирования на ход анодных поляризационных кривых сплава Д16АТ 24-26
1.6. Методы диагностики состояния авиационных материалов и степени их деградации 27-33
1.6.1. Программа осмотра конструкций самолета в процессе эксплуатации
1.6.2. Характеристика неразрушающих методов контроля
1.6.3. Применение неразрушающих методов контроля
1.6.3.1. Визуальные/Оптические методы
1.6.3.2. Вихретоковые методы
1.6.3.3. Ультразвуковые
1.6.3.4. Рентгеновские методы
1.6.3.5. Магнитопорошковые
1.6.3.6. Использование красителей
1.6.3.7. Инфракрасная теплография
1.6.4 Электрохимические методы исследования 34
2. Экспериментальная часть
2.1. Материалы и методики исследований
2.1.1. Характеристика исходных и вспомогательных материалов исследования 35-44
2.2. Методы исследования 45-58
2.2.1. Электрохимические исследования
2.2.2. Методика определения напряженного состояния кристаллического материала методом многократных наклонных съемок
2.2.4. Метод электронной Оже-спектроскопии
2.2.5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС)
2.2.6. Мёссбауэровская спектроскопия
2.2.7. Фотоконденсаторный метод
2.2.8. Атомная абсорбционная Спектроскопия
2.3. Статистическая обработка данных 59
Результаты и их обсуждение
3. Электрохимическая диагностика состояния алюминиевого сплава АК6 после воздействия нагрузок функционирования 60
3.1.О природе трещин на головке амортизационной стойки 61-62
3.2. Оценка электрохимической неоднородности на рабочей поверхности головки стойки 63-66
3.3. Определение внутренних напряжений электрохимическим методом 66-68
3.4. Исследование возможности попадания конденсата в рабочую поверхность стойки 68-70
3.5. О склонности сплава АК6 к питтинговой коррозии 71-72
3.6. Поляризационные кривые, снятые на сплавах АК6 до и после воздействия нагрузок функционирования 73-78
3.7. Оценка возможности участия меди в анодных реакциях 78-82
3.8. Оценка полупроводниковых свойств оксидов на сплавах АК6 82-84
4. Электрохимическая диагностика на элементах конструкций из сталей 86
4.1.Электрохимическая диагностика для определения причин появления трещин на конструкции из сталей 40ХН2МА. 87-89
4.2. Оценка структурных и фазовых превращений в стали 40ХН2МА Мессбауэровской спектроскопией. 90-91
4.3. О влиянии кадмирования на трещиностойкость стали 40ХН2МА 91-94
4.4. Электрохимический мониторинг поверхности стали 20ХЮ после лабораторных наработок и эксплуатации 95-99
4.4. Электрохимическая диагностика разрушенной оси передних колес шасси самолета ТУ-154Б 100-104
5. Разработка электрохимических "экспресс методов" для контроля качества моющих средств и ингибиторов
5.1. Определение защитного действия ингибиторов коррозии 105-108
5.2. Электрохимический мониторинг агрессивности моющих веществ на алюминиевом сплаве Діб 109-112
Общие выводы 113
Список литературы
- Влияние коррозионных поражений на долговечность дуралюминов
- Характеристика исходных и вспомогательных материалов исследования
- Оценка электрохимической неоднородности на рабочей поверхности головки стойки
- Оценка структурных и фазовых превращений в стали 40ХН2МА Мессбауэровской спектроскопией.
Введение к работе
В последнее время в России, как и во всем мире резко возрос интерес к проблеме старения самолетов и продления их ресурса. В России он обусловлен, прежде всего тем, что в стране наблюдается резкое сокращение и старение парка самолетов всех типов, и прежде всего пассажирских. На рис.1 приведены %-ный состав парка эксплуатируемых стареющих пассажирских самолетов (>20лет) на разных континентах [1]. Так по данным [2], около 80% всего парка пассажирских самолетов выработало свой ресурс на 75-90%. В то же время, анализ показателей экономического развития страны не позволяет в ближайшее время надеяться на введение в эксплуатацию значительного числа новых самолетов.
Европа Австралия С Америка Африка Л.Америка Азия
Рис. 1. Состав в % парка стареющих пассажирских самолетов (>20лет), эксплуатируемых на разных континентах Это делает особенно важной развернутую разработку комплекса методов оценки летного ресурса. Наравне с традиционными методами обнаружения повреждений (трещин, вмятин, недопустимых деформаций), которые представлены в частности ультразвуковой и рентгеновской дефектоскопией и вихре-токовым методом, необходимо развитие других, дополнительных методов контроля и мониторинга. Это позволит получить более полную информацию о предкризисном состоянии авиационных материалов. Такой мониторинг позволил бы, с одной стороны, более надежно обнаруживать места опасного ухудшения свойств для последующей детальной диагностики, а, с другой стороны, уменьшить число неоправданных ремонтных мероприятий.
Среди методов неразрушающего экспрессного контроля электрохимический метод может обладать рядом преимуществ. Во-первых, он методически прост, не требует сложной интерпретации и может быть реализован с помощью портативных аппаратов. Во-вторых, он дешевле по сравнению с методами рентгеновской дефектоскопии. В-третьих, этот метод оправдал себя в определении устойчивости против межкристаллитной
коррозии коррозионно-стойких сталей [3] и в диагностике остаточных напряжений в титановых сплавах [4], на которых надежно диагностируются остаточные напряжения. В то же время, в силу его относительной новизны, этот метод пока не был опробован на широком круге материалов, где процессы усталостной и эксплуатационной наработки также имеют место.
Таким образом, изучение возможностей электрохимического
мониторинга эксплуатационных изменений в алюминиевых сплавах и, в
частности, в сплаве АК6, является актуальной и важной технической задачей.
Исследование зависимостей между структурным состоянием в данном сплаве
после эксплуатационных наработок и электрохимическими
характеристиками должно послужить разработке дополнительных методов экспресс-контроля.
Проведение подобного исследования на алюминиевых сплавах представляет значительные трудности по нескольким причинам. Во-первых, алюминий и его сплавы вообще весьма трудный объект для изучения ввиду многообразия элементарных процессов коррозии и коррозионного разрушения. Во-вторых, естественное старение этого сплава приводит к образованию зон типа Гинье-Престона (ГП), которые формально не могут считаться второй фазой, а их влияние на величину диагностических параметров (плотность тока, электрохимический потенциал) малоизученно.
В-третьих, многоцикловая усталость при эксплуатационных нагрузках не приводит в алюминиевых сплавах к значительным изменениям плотности дислокаций, которая влияет на электрохимические параметры.
В данной работе комплексом физико-химических, химических и физических исследований экспериментально и теоретически обосновано решение нескольких проблем. Среди них:
Выявление и обоснование общих закономерностей и различий в электрохимическом поведении сплава АК6 до и после воздействия нагрузок функционирования.
Формирование представлений о влиянии эксплуатационной наработки на электрохимическое поведение сплавов до и после разрушения, т.е. выявление предкризисного состояния сплавов в процессе эксплуатации.
Возможность определения функциональной зависимости между электрохимическими параметрами и уровнем напряженности на поверхности сплава электрохимическим и рентгеновским методами.
Возможность прямого подтверждения особенностей электрохимического поведения сплавов, приобретенных в процессе воздействия нагрузок функционирования комплексом физико-химических методов исследований.
Выявление закономерностей изменения полупроводниковых свойств пассивирующих слоев алюминиевых сплавов до и после воздействия нагрузок функционирования.
Мессбауэровской спектроскопией выявить закономерности структурных изменений и образования различных продуктов коррозии в сталях до и после механических воздействий,
Возможность применения высокой чувствительности электрохимических изменений для разработки экспресс метода оценки действия ингибиторов коррозии и агрессивности моющих веществ.
Наиболее существенные результаты диссертационного исследования, выносимые на защиту:
Закономерности изменения электрохимических характеристик у сплавов до и после воздействия нагрузок функционирования.
Выявление функциональной взаимосвязи между электрохимическим поведением и уровнем внутренних напряжений в приповерхностных слоях сплавов.
Определение характеристических реакций анодного растворения у сплавов до и после эксплуатации.
Прямое подтверждение реакций парциального анодного растворения атомно-абсорбционным и Оже-электронным методами.
Выявление закономерности изменения полупроводниковых свойств пассивирующих слоев алюминиевых сплавов до и после воздействия нагрузок функционирования.
Выявление закономерности структурных изменений и образования различных продуктов коррозии в сталях Мессбауэровской спектроскопией до и после механических и коррозионных воздействий.
Различия в структурном состоянии, уровне напряженности, полупроводниковых, электрохимических и метал лофизических свойствах поверхностных слоев сталей и сплавов до и после разрушения при эксплуатации.
Применение процесса электрохимического мониторинга для оценки живучести сплавов.
Научная новизна определяется следующими полученными результатами:
Комплексом физико-химических, химических и физических методов исследования выявлены закономерности изменения анодного поведения сплава АК6 до и после эксплуатационных наработок.
Определены диагностические критерии электрохимического мониторинга изделий из алюминиевых сплавов и сталей. Для изделий из сталей диагностическим критерием являются значения потенциалов, а для алюминиевых сплавов наличие на поляризационной кривой пиков анодного растворения примесей.
Определение и прямое подтверждение реакций анодного растворения легирующего элемента (Си) и примесей (Fe) электрохимическим, атомно-абсорбционным и Оже-электронным
методами
Впервые показано, что значения потенциалов на поверхности изделий (колесо самолета Ту-154Б и ось шасси самолета Ту-134А) коррелируют с уровнем внутренних напряжений на изделиях.
Тип проводимости пассивирующих слоев и интенсивность внутреннего фото-э.д.с могут служить диагностическими критериями предкризисного состояния алюминиевых сплавов в процессе эксплуатации.
Мессбауэровской спектроскопией выявлено различие в количествах у-фазы при структурном превращении в сталях. Величины потенциалов коррелируют с количеством остаточного аустенита.
Практическая значимость работы:
Установлена основная причина появления коррозионных трещин на конструкции, изготовленной из сплава АК6 при эксплуатации, которая обусловлена попаданием конденсата внутрь конструкции.
Предлагается экспресс методика для оценки структурного состояния, электрохимической гетерогенности и уровня напряженности поверхностных слоев металлов и сплавов.
Применение закономерности изменения электрохимических, полупроводниковых и структурных свойств сплавов при воздействии нагрузок функционирования в качестве диагностических параметров для прогнозирования срока службы сплавов в процессе эксплуатации,
Разработана и предложена экспресс методика для подбора ингибиторов и оценки моющих средств, применяемых в авиации.
Представленные в работе результаты уже используются в совместных научных исследованиях по оценке ресурса летной годности на кафедре коррозии и защиты металлов МГИСиС (ТУ), отраслевой научно-исследовательской лаборатории механических испытаний ОНИ Л-15 МП У ГА и в Центре по подержанию летной годности ВС ГосНИИ ГА.
Апробация работы: Основные результаты работы были доложены и обсуждены на 58-ой научно-технической конференции студентов и аспирантов МГИСиС (г. Москва, апрель 2003г.), Международной Научно-технической конференции "Гражданская Авиация на рубеже Веков" (г. Москва, 30-31 мая 2001г.), и Международной Научно-технической конференции "Гражданская Авиация на Современном Этапе Развития Науки, Техники и Общества" (г. Москва, 17-18 апреля 2003 г.).
Публикации: Основное содержание диссертационной работы было изложено в 11 статьях, указанных в конце автореферата.
Структура диссертационной работы: Содержание диссертационной работы изложено в 5 главах на 120 страницах, и она содержит 62 рисунков, 21 таблиц и 105 список из цитированных источников.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Влияние коррозионных поражений на долговечность дуралюминов
Поверхность корродирующего металла, в том числе сплава АК6, представляется обычно многоэлектродной, т.е. состоящей из многих отличающихся друг от друга электродов, составляющих гальванические элементы. При электрохимической коррозии идет определенная локализация анодных и катодных процессов на корродирующей поверхности. Такая дифференциация поверхности металла на анодные и катодные участки равносильна допущению существования электрохимической гетерогенности. Степень гетерогенности поверхности характеризуется разностью электродных потенциалов анодных и катодных участков. Изучение причин этой неоднородности позволяет разработать меры по предотвращению поражения сплава. На рис.3 представлена схема электрохимического коррозионного процесса.
Высокая коррозионная стойкость (КС) алюминия и ряда его сплавов объясняется наличием защитно-окисной пленки, имеющей хорошее сцепление с металлом [32,33]. В местах, где пленка разрушена, она в большинстве сред немедленно вырастает снова. Толщина пленки, образовавшейся на воздухе на свежезачищенной поверхности алюминия, составляет 50-100А [34].
В большинстве сред коррозия алюминия связана с прохождением электрического тока между анодными и катодными участками. Интенсивность коррозии зависит от разности потенциалов этих областей. Скорость электрохимической коррозии зависит не только от разности потенциалов, но и от полного электросопротивления гальванической цепи и от других факторах. Сравнительно высокая КС чистого А1 и некоторых его сплавов в природных условиях, кроме основного защитного влияния пассивных пленок, объясняется высоким перенапряжением выделения Нг на поверхности А1 [31,35,36]. Иллюстрацией этому является то, что примеси металлов (Fe, № или Си) с малым перенапряжением водорода сильно понижают химическую стойкость А1 не только из-за нарушения сплошности защитных пленок, но и облегчения катодного процесса.
Ниже перечислены основные причины возникновения неоднородности в алюминиевых сплавах.
Алюминиевые сплавы в большинстве случаев представляют многофазные системы [37], а с точки зрения теории коррозии [36,38,39] -многоэлектродные короткозамкнутые элементы. В этой связи электрохимические характеристики фазовых составляющих, несомненно, представляют значительный интерес для трактовки основных закономерностей коррозионного поведения алюминиевых сплавов.
Данные, приведенные в табл. 4,5, показывают, что электродный потенциал алюминиевых сплавов определяется концентрацией меди в твердом растворе. Так, сплав с 4% Си катоден к сплаву, в твердом растворе которого находится 2% Си. Потенциал сплава А1 - 4% Си, содержащего в твердом растворе лишь 2% Си, равен потенциалу сплава А1 - 2% Си, где вся медь входит в твердый раствор.
Соединение алюминия с марганцем имеет почти одинаковый потенциал с алюминием. Поэтому алюминиевомарганцевые сплавы характеризуются хорошей коррозионной стойкостью.
Сплавы алюминия с кремнием коррозионностойкие. Присутствие кремния в твердом растворе приводит к небольшим изменением электродного потенциала алюминия.
Твердый раствор алюминиевом агниевых сплавов, более электроположителен, чем у алюминия, а нерастворённые частицы магниевой фазы анодны к твердому раствору. В определенных условиях они могут выделяться в виде более или менее непрерывных прослоек по границам зерен или по плоскостям скольжения (после пластической деформации). Это приводит к сильно локализованной коррозии [40]. Однородное распределение выделений по зерну уменьшает скорость электрохимической коррозии по границам и по плоскостям скольжения. В таком состоянии эти сплавы имеют коррозионную стойкость, равную алюминию, а в соленой воде и некоторых щелочных растворах (карбоната натрия и аминов) даже больше, чем у алюминий. Потенциал сплава, легированного магнием и кремнием в соотношении, соответствующем образованию соединения Mg2Si, такой же, как потенциал алюминия. Добавки магния и кремния порознь приводят к тому, что потенциал твердого раствора становится соответственно более электроположительным или более электроотрицательным.
Механические повреждения поверхности вызывают появление разности потенциалов и могут вызвать появление локальной коррозии. Большее воздействие оказывают царапины, разрушающие защитную оксидную пленку или слой продуктов коррозии. Царапины могут и не быть очагами коррозии, если повреждения имеются по всей поверхности или образуются растворимые продукты коррозии.
Защитные свойства оксидной пленки, как правило, остаются стабильными в водных растворах, имеющих рН в интервале 4,5-8,5. В концентрированных растворах кислот и щелочей оксидная пленка обычно легко растворяется и металл корродирует. Однако алюминий стоек к некоторым кислым и щелочным растворам, к которым относятся ледяная уксусная и концентрированная азотная кислоты и другие. Следовательно, характер коррозионного процесса не определяется однозначно величиной рН среды, а определяющим фактором может оказаться природа ионов растворенного вещества. Это необходимо учитывать при выборе состава диагностического раствора.
Характеристика исходных и вспомогательных материалов исследования
На сегодняшний день существуют различные методы выявления повреждений на различных материалах, в том числе и применяемые в авиации при плановых осмотрах и проверках [45].
Типичным для воздушного транспорта является программа сохранения целостности конструкций, принятая главными авиалиниями. Основой этой программы является тщательный контроль конструкций самолетов с особым учетом срока эксплуатации главных узлов, наиболее нагруженных элементов конструкций и участков, уровня напряжений, формы и других подобных факторов.
Высококачественное техническое обслуживание является основной успешной работой любой авиалинии. Для устранения неисправностей в работе деталей самолета большое значение придается профилактическому ремонту. Как с точки зрения стоимости, так и безопасности чрезвычайно важно, чтобы дефект был обнаружен в начальной стадии своего развития, а не в такой стадии, когда он уже оказывает влияние на эксплуатационную годность самолета[46].
В целях успешного выполнения всей программы контроля в основном существуют три этапа технического обслуживания авиалиний: 1. Предполетный контроль; включает визуальный контроль таких агрегатов, как шасси, и органов управления самолетом и мотором. 2. Обслуживание линии; включает детальный повторный осмотр установленных программой испытаний конструкций и отдельных элементов. Такой осмотр производится через определенные интервалы, обычно через каждые 100-125 ч. полета. 3. Ремонт на авиационной базе; включает смену и ремонт демонтируемых агрегатов.
В процессе обслуживания авиалиний применяется много видов неразрушагощего контроля, а именно от простого осмотра поверхностей до очень сложных методов исследований в процессе ремонта конструкций, расположенных внутри самолета. Широко используются радиография, метод красок и флуоресцентный, ультразвуковые и магнитные индикаторы, а также различные электронные испытательные приборы. В совокупности эти виды неразрушающего контроля значительно расширяют возможности технического контроля любого самолета. Среди дефектов современной авиационной конструкции чаще всего наблюдаются усталостные трещины. Трещины такого характера имеют обычно небольшие размеры, и во многих участках выявить их чрезвычайно сложно. Если трещины не удается выявить в их наиболее ранней стадии развития, то они могут представлять опасность для конструкции самолета в целом и со временем вызовут необходимость в капитальном, а возможно, и аварийном ремонте. Своевременное выявление дефектов позволяет планировать ремонт так, чтобы не прерывать эксплуатации, причем такой своевременный ремонт обходится значительно дешевле капитального.
Неразрушающие методы испытаний отличаются от всех испытаний и измерений, которые влекут за собой порчу или разрушение объекта испытания.
Каждый вид неразрушающих испытаний имеет ограниченную область применения. Они обычно обнаруживают только определенные виды дефектов, для определения которых они предназначены.
Преимущества неразрушающих методов контроля:
1. Испытания проводят непосредственно на изделиях, которые будут применяться в рабочих условиях. Следовательно, нет сомнения в том, что испытания проводились на тех же образцах, которые будут использоваться в рабочих условиях.
2. Испытания можно проводить на любой детали, предназначенной для применения в рабочих условиях, если это экономически обосновано. Следовательно, их можно применять даже тогда, когда в партии имеет место большое различие между деталями.
3. Испытания можно проводить на целой детали или на всех ее опасных участках. Многие опасные с точки зрения эксплуатационной надежности участки детали могут быть исследованы одновременно или последовательно, в зависимости от удобства и целесообразности.
4. Могут быть проведены испытания многими неразрушающими методами контроля, каждый из которых чувствителен к различным свойствам или частям материала детали. Таким образом, имеется возможность измерить столько различных свойств, связанных с рабочими условиями, сколько необходимо.
5. Неразрушающие методы контроля часто можно применять к детали в рабочих установках без прекращения работы, кроме обычного ремонта или периодов простоя. Они не нарушают и не изменяют характеристик рабочих деталей. 6. Неразрупіающие методы контроля позволяют применить повторный контроль данных деталей в течение любого периода времени. Таким образом, степень повреждений в процессе эксплуатации, если ее можно обнаружить, и ее связь с разрушением в процессе эксплуатации могут быть точно установлены.
7. При неразрушающих методах испытаний детали, изготовленные из дорогостоящего материала, не выходят из строя при контроле. Возможны повторные испытания во время производства или эксплуатации, когда они экономически и практически оправданы.
8. При неразрушающих методах испытаний требуется небольшая или совсем не требуется предварительная обработка образцов. Приборы для испытаний должны быть портативными. Стоимость неразрушающих методов испытания ниже, чем стоимость соответствующих разрушающих методов испытаний.
9. Большинство неразрушающих методов испытания кратковременны и требуют меньшей затраты человеко-часов, чем типичные разрушающие методы испытаний.
Недостатки неразрушающих методов контроля:
1. Испытания обычно включают в себя косвенные измерения свойств, не имеющие непосредственного значения при эксплуатации. Связь между этими измерениями и эксплуатационной надежностью должна быть доказана другими способами.
2. Испытания обычно качественные и редко количественные. Обычно они не дают возможности измерения разрушающих нагрузок и срока службы до разрушения даже косвенно. Они могут, однако, обнаружить дефект или проследить механизм разрушения.
3. Обычно требуется исследования на специальных образцах и исследование рабочих условий для интерпретации результатов испытания. Там, где соответствующая связь не была доказана, наблюдатели могут не согласиться в оценке значения результатов испытаний.
Оценка электрохимической неоднородности на рабочей поверхности головки стойки
Многие конструкции, в том числе авиационные, работающие в естественных средах часто подвергаются коррозионно-механическому разрушению под совместным воздействием коррозионной среды и механического фактора.
Проблеме разрушений особо ответственных элементов конструкций воздушных судов (ВС) гражданской авиации (ГА), к которым, прежде всего, следует отнести агрегаты шасси, уделяется повышенное внимание. Обеспечение надежности по определению характеристик остаточной прочности при наличии коррозионных повреждений является основной для принятия решений по продлению ресурса ВС в процессе эксплуатации. Решение этой проблемы требует применения комплекса методов исследований, которые позволяют выяснить предысторию развития повреждения.
Сплав АК6 принадлежит к деформируемому алюминиевому сплаву системы Al-Mg-Si-Cu, упрочняемому термической обработкой. Он относится ко второй группе алюминиевых сплавов с пониженной коррозионной стойкостью и повышенной или высокой прочностью. Сплав АК6 может разрушаться от коррозии под напряжением в высотном направлении [58,59,60]. Он подвергается интенсивной расслаивающей коррозии (РСК) в атмосферных условиях при высоком содержании хлоридов в воздухе [61].
В сплаве АК6 присутствуют два типа интерметаллидных фаз: нерастворимые, образующиеся при кристаллизации, и растворимые, выделяющиеся при старении. К нерастворимым фазам относятся частицы Mn3SiAl2 неравномерно распределенные внутри зерна и выделения Al(Mn}Fe,Cu9Si), а к растворимым относятся фазы СиАЬ, Mg2Si, Al2CuMg. Прочностные и коррозионные характеристики сплава АК6 изменяются в зависимости от содержания меди. Это связано с различием в характере выделений, образующихся при старении. При малых количествах меди распад твердого раствора происходит с образованием Mg2Si фазы, имеющей в 3 %-ном NaCl отрицательные стационарные электродные потенциалы (— 1.25В) [62]. Вследствие наличия в структуре АК6 электроотрицательной фазы Mg2Si, а также искусственного старения с температурой ниже критической температуры растворимости зон ТТЛ, полуфабрикаты из сплава АК6 обладают низким уровнем коррозионных характеристик 1].
Наиболее слабым участком в структуре АК6 при КР являются границы субзерен, по которым проходит межкристаллитная коррозия (МКК) и развитие трещины. Поэтому при КР сплава АК6, преобладают электрохимические процессы, приводящие к растравливанию по субграницам [62]
Для обнаружения дефектов на внутренней поверхности головки был проведен предварительный осмотр. При осмотре невооруженным глазом были видны довольно протяженные трещины. Для поиска мелких трещин были использованы магнитопорошковый и вихре-токовый неразрушающие методы контроля. При магнитопорошковом контроле дополнительных дефектов не обнаружено. Вихре-токовым неразрушающим методом контроля были обнаружены еще две трещины общей протяженностью (с первого) 20 мм в районе прилива под буксировочным водилом. На рис.27 представлен участок исследуемого объекта с трещиной. При ручном доламывании фрагмента стойки наблюдали, что трещины были глубокие и прошли через всю толщину амортизационной стойки (Змм).
Для определения природы возникновения коррозионной трещины на сканирующем электронном микроскопе была снята микроструктура объекта исследования в области трещины.
Микроструктуры областей трещинообразования представлены на рис.28. По наличию избыточных фаз по границам зерен, они свидетельствуют о межкристаллитном распространении трещин. Из рис.27,28 следует, что трещины открытые, их направление и наличие продуктов коррозии по их берегам свидетельствует об электрохимических причинах их образования и развития [63]. Трещины располагаются под углом 45, что также свидетельствует об электрохимической природе КР. Это связано с тем, что при пластической деформации смешение атомов происходит обычно в плоскостях, расположенных под углом 45 к действующему напряжению [62]. При локальном анодном активировании в первую очередь будут растворяться эти атомы.
Высокая чувствительность электрохимических свойств проявляется не только в выявлении малых изменений состава, но также и различий в типе решеток, что реализуется в дифференциации электрохимического поведения разных граней, как чистых металлов, так и сплавов [51]. Большое распространение получили электрохимические методы в металлографическом анализе при выявлении различных структурных составляющих. Одно из первых применений методов для обнаружения превращений в сплавах и сталях состояло в измерении потенциала коррозии. Измерение потенциала коррозии, несмотря на ограниченную информативность, может быть эффективно использовано в некоторых случаях при определении границ составов образующихся новых фаз и сверхструктур.
При изучении влияния эксплуатационной наработки на потенциал коррозии поверхностных слоев сплава Д16АТ, Салимон СР. [44] наблюдала, что существует заметная разница в этих значениях только после поэтапного химического стравливания поверхностных слоев. Максимальная разница потенциалов коррозии между разными слоями составляет около 60 мВ,
Оценка структурных и фазовых превращений в стали 40ХН2МА Мессбауэровской спектроскопией.
Вертолет МИ-24 был на капитальном ремонте на одном из ремонтных заводов и затем был передан пользователю. После незначительного числа полетов, всего в течении 50 летных часов был проведен контрольный осмотр. В процессе осмотра на верхних вилках вертикальных тяг автомата перекоса (рис. 12,13) были обнаружены трещины. Вилки вертикальных тяг были кадмированы. Глубина распространения трещин составляла 3А от толщины стенки. Образовались они в местах забоин глубиной 0.04-0.15 мм. На стенках трещины были видны следы кадмия, а полости трещин были заполнены продуктами коррозии, предположительно Fe3C 4. Изломы по трещинам были хрупкие (зернограничные). Столь большая глубина трещин могла привести к катастрофе при дальнейшей эксплуатации самолета. Была поставлена задача по выявлению причин появления трещин и разработки методов диагностики для выявления предкризисного состояния.
Для решения поставленной задачи определили величину и знак остаточных напряжений. Остаточные напряжения в пределах забоин сжимающие (o.i 60 кг/мм2) , Вне забоин они меньше (ст.і= 30 кг/мм2), но также сжимающие.
Наличие трещин на верхних вилках вертикальных тяг свидетельствует о том, что на их поверхности есть не только сжимающие, но и растягивающие напряжения. В целом, поверхность стали можно представить как совокупность участков с различной механической напряженностью. При действии внешних напряжений происходит векторное сложение внешних и внутренних напряжений.
В условиях эксплуатации остаточные напряжения в сплаве, образовавшиеся при нагартовке или при термической обработке, налагаются на приложенные извне напряжения. Поэтому в конструкции, находящейся под действием только номинальных приложенных растягивающих напряжений, могут встречаться микроскопические участки, в которых при сложении напряжений этих двух видов возникают результирующие напряжения достаточно большой величины, делающие сплавы чувствительными к растрескиванию в данной среде эксплуатации [77,89].
При образовании трещины функционирует микро коррозионная пара: вершина трещины, представляющей ювенильную поверхность металла -анод, остальная поверхность под окисной пленкой - катод [36]. Накапливающиеся на аноде продукты коррозии YQ ,0\ закупоривают трещину.
Больше, чем у железа Vmc в 2,09 раз. Учитывая гидратированность оксида РезС 4, эта разница может составлять большую величину. Учитывая это обстоятельство, продукты коррозии в трещине оказывают расклинивающее действие.
При микроскопической деформации атом переходит в дислоцированное состояние, и при этом атом должен сместиться из равновесного положения на расстояние: L = JU a, (И) где а - минимальное межатомное расстояние.
Атом переходит в дислоцированное состояние, когда смещение его от равновесного состояния отвечает деформации 4s- При пластической деформации смешение атомов происходит обычно в плоскостях, расположенных под углом 45 к действующему напряжению а. Сдвиговое напряжение о и действующее на атом составит:
При смешении из равновесного состояния, отвечающего деформации 8, энергия атома возрастает на Q5 42кдж/моль = 4,2.104 Дж/моль (3).
В электролите в первую очередь будут растворяться эти атомы. Это объясняет направленность трещин под углом 45", если причиной образования является локальное анодное активирование.
Перед измерением потенциала поверхность травили в растворе 5 %-ной растворе NaOH с добавками гранул пинка (Zn) при температуре 80-90С в течение 30 мин. [75]. Травление обеспечивало хорошее блестящее состояние поверхности. Определяли потенциалы капельным методом в растворе 2мл/л H2S04 + 5г/л КС1 + ЗОг/л NaN03. Как следует из рис.48, значения потенциалов, снятые в различных точках в поперечном направлении образца, значительно отличаются. Разница в значениях потенциалов составляет около 100 мВ. Как уже было упомянуто выше, такую разницу в значениях потенциалов нельзя объяснить действием напряжений. Даже в зоне текучести при пластической деформации максимальное изменение потенциала составляет 5 мВ [30,90].
Свойства материалов существенно меняется в процессе эксплуатации. Воздействие эксплуатационных факторов вызывает дораспад твердых растворов [91,92]. Это приведет к структурным и фазовым превращениям в сплавах, используемых в конструкции самолетов. Такие превращения на поверхности сплава могут привести к градиентам потенциалов, которые являются движущей силой коррозии.
Исследование структурных и фазовых превращений в разрушенной вилке автомата перекоса вертолета Ми-24 проводилось с помощью Мессбауэровской спектроскопии. Обсчет спектров проводился по программе «Normos-Site». В результате получены следующие мессбауэровские параметры:
Спектр на внутренней стороне образца в области вне излома представляет один секстет и один синглет (рис.47): полуширина линии г/2 0,3188 мм/сек; Эффективное сверхтонкое поле Нэфф =334 кЭ; ошибка исследований х2=1,287; Площадь под спектр S=85,87%; 8=-0,008мм/сек при наборе 700 тыс. имп./на канал; Величина эффекта 3%. Кроме того, имеется синглет (одиночная линия), отвечающая мелким частицам кластеров или у-фазе (аустенит) с параметрами г/2=2,6мм/сек: 5=0,017мм/сек: и S=14,13%.
