Badania odpornoci na korozj napreniow stopu aluminium typu AlMg5

Transkrypt

1 AMME th 979 Badania odpornoci na korozj napreniow stopu aluminium typu AlMg5 S. Tkaczyk a, M. Kciuk b a Zakład Zarzdzania Jakoci b Zakład Materiałów Nanokrystalicznych i Funkcjonalnych oraz Zrównowaonych Technologii Proekologicznych, Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, Gliwice, Poland W pracy przedstawiono wyniki bada odpornoci na korozj napreniow stopu aluminium typu AlMg5. Badania przeprowadzono w oparciu o metod rozcigania ze stał szybkoci w rodowisku korozyjnym (sztuczna woda morska) oraz obojtnym (gliceryna) w temperaturze pokojowej. 1. WSTP Współczesna technika stawia przed materiałami konstrukcyjnymi szereg rónorodnych wymaga w zakresie trwałoci i niezawodnoci konstrukcji, niskiego kosztu i dostpnoci stosowanych materiałów, dobrych własnoci wytrzymałociowych, odpornoci na korozje oraz niewielkiego ciaru właciwego [1,2]. W inynierii materiałowej nadal bardzo duym zainteresowaniem ciesz si stopy aluminium z takimi pierwiastkami stopowymi jak: magnez, krzem, mangan i cynk. Stopy te s materiałami o znacznie wyszych własnociach wytrzymałociowych anieli materiał wyjciowy, jakim jest aluminium [3]. Stopy aluminium- magnez (hydronalia), nale do stopów najczciej stosowanych do budowy rednio obcionych konstrukcji okrtowych i konstrukcji w przemyle lotniczym, maj równie zastosowanie w przemyle chemicznym i spoywczym. W spawanych konstrukcjach okrtowych znalazły zastosowanie prawie wyłcznie stopy typu aluminium magnez. Zawieraj one, oprócz głównego składnika stopowego magnezu w iloci 2-6%, niewielkie iloci dodatków stopowych w postaci manganu, tytanu, chromu, wanadu, cyrkonu oraz zanieczyszcze głównie w postaci elaza i miedzi [4]. Znaczenie ich dla przemysłu okrtowego okazuje si bardzo istotne, łcz bowiem w sobie szereg wanych dla tego przemysłu cech: odznaczaj si niewielkim ciarem właciwym, dobrymi własnociami wytrzymałociowymi, odpornoci na działanie korozji w wodzie i atmosferze morskiej, dobr obrabialnoci, spawalnoci i podatnoci na obróbk plastyczn, mniejsz od stali kadłubowych skłonnoci do porastania wodorostami w podwodnej czci kadłuba oraz brakiem skłonnoci do kruchych pkni zwłaszcza w temperaturach niszych od 0 C [4].

2 980 S. Tkaczyk, M. Kciuk Zastosowanie tych stopów w budownictwie okrtowym pozwala na znaczne zmniejszenie ciaru konstrukcji, zwikszenie ich trwałoci, zmniejszenie zanurzenia, zapewnia te kadłubom statków niemagnetyczno. Zagadnienia zwizane z korozj zasługuj obecnie na wiksz uwag ni dotychczas ze wzgldu na[5,6]: coraz szersze zastosowanie aluminium we wszystkich dziedzinach techniki, podwyszon agresywno korozyjn rodowiska naturalnego wskutek wzrastajcego zanieczyszczenia powietrza i wody, stosowanie coraz lejszych konstrukcji metalowych wykonanych z elementów o zmniejszonych rozmiarach i tym samym mniej odpornych na korozj, ni stosowane dawniej konstrukcje cikie. Jednym z najbardziej niebezpiecznych rodzajów korozji, któremu ulegaj m.in. stopy aluminium jest korozja napreniow, która jest zjawiskiem złoonym i wymagajcym współdziałania zarówno napre rozcigajcych, powstajcych w wyniku przyłoonego obcienia lub spowodowanych wewntrznym stanem napre, jak równie rodowiska korozyjnego (rys.1) [7] σ σ σ Korozja napreniowa transkrystaliczna Korozja napreniowa midzykrystaliczna Rys.1. Schemat korozji napreniowej [8] Stan napre wewntrznych moe by spowodowany obróbka plastyczn lub mechaniczn, napreniami odlewniczymi, obróbk ciepln itp. W nastpstwie działania korozji napreniowej powstaj szczeliny rozwijajce si prostopadle do kierunku działania napre i ostatecznie prowadzce do pkni i rozerwania materiału [5]. Uszkodzenia w warunkach eksploatacji przewanie s niespodziewane, gdy zachodz przy bardzo słabej korozji ogólnej i braku jej wyranych ladów. Wobec trudnoci wczesnego wykrycia zaistniałego zagroenia, skutki korozji napreniowej mog by ogromne. Do opracowania metod zwalczania korozji napreniowej konieczna jest znajomo jej mechanizmów obejmujcych chemiczne i elektrochemiczne reakcje na granicy faz, metal- rodowisko oraz zjawiska przebiegajce w warstwie powierzchniowej i wewntrz metalu. Odporno na pkanie korozyjne, zwłaszcza w warunkach korozji napreniowej jest bardzo istotna w przypadku wspomnianego stopu aluminium obrobionego plastycznie i cieplnie, zwłaszcza biorc pod uwag jego zastosowanie w przemyle okrtowym rodowisku wody morskiej [3,6].

3 Badania odpornoci na korozj napreniow METODYKA Materiał wyjciowy do bada stanowił stop AlMg5 w postaci drutu o rednicy 1.99 mm, otrzymany wg przednio opracowanej technologii, a nastpnie poddany obróbce cieplnej [9]. Skład chemiczny stopu podano w tablicy 1. Tablica 1 Skład chemiczny stopu AlMg5 Pierwiastek Mg Fe Mn Si Ni Zn Cu Al chemiczny, % 4,37 0,42 0,39 0,18 0,03 0,03 ladowe reszta Obróbka cieplna drutów polegała na ich przesycaniu i nastpnym starzeniu przyspieszonym. Proces przesycania przeprowadzono w trzech temperaturach C, 520 C i 560 C przez trzy godziny, z nastpnym ozibianiem w wodzie zimnej w temperaturze 2-5 C. Starzenie przyspieszone przeprowadzono w temperaturze 160 C w czasie 3,6,9,12,24h. W pracy badano odporno stopu AlMg5 na korozj napreniow. Wykorzystano metod stałej szybkoci rozcigania. Badania odpornoci korozyjnej analizowanego stopu przeprowadzono metod porównawcz - porównujc wyniki z testów korozyjnych uzyskanych w orodku korozyjnym (sztucznej wodzie morskiej) z wynikami uzyskanymi dla orodka obojtnego (gliceryny). Skład chemiczny roztworu korozyjnego przedstawiał si nastpujco: - 3 % roztwór chlorku sodu NaCl, - roztwór buforowy o składzie: 0.5 N roztwór octanu sodu CH 3 COONa i 0.5 N roztwór kwasu octowegoch 3 COOH, którego zadaniem było utrzymanie stałego ph na poziomie 3.5, - 30 % roztwór nadtlenku wodoru H 2 O 2. Kryterium porównawcze stanowiła intensywno napre k. Badania przeprowadzono na maszynie wytrzymałociowej INSTRON 1195 umoliwiajcej rozciganie próbek ze stał szybkoci rozcigania 0.02 mm/min. Zastosowano próbki cylindryczne o długoci pomiarowej 60 mm. Bezporednio przed badaniami odtłuszczono je w alkoholu etylowym przy pomocy płuczki ultradwikowej, po czym umieszczano je w naczyku korozyjnym. Po zamocowaniu próbek w uchwytach urzdzenia naczynie napełniano gliceryn bd roztworem sztucznej wody morskiej. Ocen uszkodze korozyjnych prowadzono za pomoc mikroskopu skaningowego DSM 940 firmy Opton oraz w mikroskopie XL-30 firmy PHILIPS. Do uzyskania obrazów przełomów wykorzystano detekcj elektronów wtórnych (SE) oraz elektronów wstecznie rozproszonych (BSE). W badaniach stosowano napicie przypieszajce w zakresie kv i powikszenia do 20000x.

4 982 S. Tkaczyk, M. Kciuk 3. WYNIKI Wyniki bada odpornoci stopu AlMg5 na korozj napreniow zestawiono w tablicy 2. Badaniom korozyjnym poddano próbki po przeprowadzonej obróbce cieplnej polegajcej na przesycaniu w rónych temperaturach a nastpnie starzeniu przyspieszonym w czasie 3,6,9,12,24h. Po przeprowadzeniu przesycania w temperaturze 480 C warto współczynnika kσ wynosiła 0,902. W wyniku dalszego starzenie przyspieszonego zauway mona stały wzrost współczynnika kσ, którego maksymaln warto osignito po 12h starzenia i wynosiła ona 1. Wydłuenie czasu starzenia do 24h spowodowało spadek jego wartoci do 0,969. Z powyszymi wynikami koreluj wyniki prób korozyjnych próbek przesycanych w temperaturach 520 C (kσ-0,91) i 560 C (kσ-0,925) i nastpnie starzonych w czasie 3,6,9,12 i 24h. Najwiksz warto współczynnika kσ uzyskano dla próbek starzonych przez 12h. Dalsze starzenie powodowało spadek wartoci wskanika kryterialnego kσ. Tablica 2 Wyniki bada odpornoci stopu AlMg5 na korozj napreniow Orodek obojtny Orodek korozyjny Rodzaj obróbki cieplnej Siła zrywajca, kn Siła zrywajca, kn Współczynnik kσ Stan wyjciowy Przesycanie 480 C Starzenie 3h ,918 Starzenie 6h ,954 Starzenie 9h Starzenie 12h Starzenie 24h Przesycanie 520 C ,910 Starzenie 3h Starzenie 6h Starzenie 9h Starzenie 12h Starzenie 24h ,985 Przesycanie 560 C Starzenie 3h Starzenie 6h Starzenie 9h Starzenie 12h Starzenie 24h Zerwane próbki poddano nastpnie obserwacjom w elektronowym mikroskopie skaningowym. Próbki wykazywały typowy przełom cigliwy (rys. 2-4).

5 Badania odpornoci na korozj napreniow 983 a) b) Rys.2 a) Próbka po przesycaniu w temperaturze 480 C orodek korozyjny, b) Przełom fraktograficzny próbki AlMg5 przesycanego w 480 C i starzonego w 160 C/12h -orodek obojtny a) b) Rys.3 a) Próbka po przesycaniu w temperaturze 520 C orodek korozyjny, b) Przełom fraktograficzny próbki AlMg5 przesycanego w 520 C i starzonego w 160 C/12h -orodek obojtny a) b) Rys.4 a) Próbka po przesycaniu w temperaturze 560 C orodek korozyjny, b) Przełom fraktograficzny próbki AlMg5 przesycanego w 560 C i starzonego w 160 C/12h -orodek obojtny

6 984 S. Tkaczyk, M. Kciuk 4. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych bada stopu AlMg5 mona stwierdzi, e przeprowadzona obróbka cieplna wpływa na zwikszenie odpornoci korozyjnej stopu w porównaniu ze stanem wyjciowym. Wyniki przeprowadzonych bada pozwalaj stwierdzi, e stop aluminium AlMg5 wykazuje odporno na pkanie korozyjne w warunkach korozji napreniowej w roztworze sztucznej wody morskiej w analizowanych warunkach. LITERATURA 1. Wranglén G.: Podstawy korozji i ochrony metali. WNT, Warszawa, Tokarski M.: Wczesne stadium starzenia wysokomagnezowych stopów aluminium z magnezem, Wiadomoci Hutnicze, XLV, Nr 10, Cudny K.: Własnoci stopów aluminium stosowanych w budownictwie okrtowym, AMW, Gdynia, Bujniewicz Z., Cudny K., Wincza M.: Stopy aluminium w budownictwie okrtowym, Gdansk Tkaczyk St., Kciuk M.: Odporno na korozj napreniow stopu aluminium AlMg5, Materiały Konferencyjne AMME 00, Gliwice-Sopot- Gdask, Flis J.: Wodorowe i korozyjne niszczenie metali, PWN Warszawa Bidas S.: Korozja aluminium i jego stopów cz. 2, Systemy technologie obiekty, Nr 9, Podyplomowy kurs dla inynierów spawalników dla uzyskania certyfikatu kompetencji Europejskiego Inyniera Spawalnika, EWE AK 09/99, Instytut Spawalnictwa, Gliwice, Tkaczyk S., Wilak A., Tokarski M.: Mat. III MSC, Włocławek 1987.