Малюнок 3 - Залежність мікротвердості титанового сплаву ВТ6 від відстані до поверхні після нагрівання на повітрі протягом 1 (а), 3 (б) і 6 (в) ч при 750 (1), 950 (2), 1050 (3), 1200 ° С (4). Нагрівання сплаву ВТ6 при порівняно невисоких температурах 750-8000С протягом 1 год призводить до підвищення поверхневої мікротвердості від H300 до H400. Збільшення температури і часу витримки значно інтенсифікує процес газонасичення внаслідок збільшення швидкості дифузії, в результаті поверхнева мікротвердість сильно підвищується (рис.3). Так, збільшення часу витримки від 1 до 6 год призводить при різних температурах до збільшення поверхневої мікротвердості на H100-200. При підвищенні температури і збільшенні часу витримки збільшується глибина газонасиченого шару (рис.4). Газонасичених шар формується практично при витримці протягом 1 год, а подальше збільшення тривалості газонасичення мало впливає на глибину поверхневого газонасиченого шару. Малюнок 4 - Зміна глибини газонасиченого шару при різних температурах в залежності від часу витримки.
В роботі [7] розглянуті особливості газонасичення титанового сплаву ВТ6, які полягають в наступному.
Після витримки при високій температурі і подальшого охолодження на повітрі у сплаву ВТ6 утворюються тріщини, які виходять на поверхню. Причинами їх виникнення є внутрішня напруга і знижена пластичність особливо крихкого газонасиченого шару. Фазовий склад і властивості поверхневого шару різко відрізняються від складу та властивостей основного металу.
Зокрема, температура поліморфного перетворення цього шару значно вище, об'ємний ефект перетворення менше, а коефіцієнт лінійного розширення більше, ніж у основного металу. В результаті при охолодженні внутрішні частини заготовки зазнають меншу температурну усадку і примусово розтягують поверхневий шар. Виникаючі при цьому розтягують напруги в сукупності зі зниженою пластичністю газонасиченого шару призводять до утворення тріщин.
При пошаровому вимірі мікротвердості після газонасиченої зони підвищеної твердості йде невелику ділянку, що межує з основним металом і має в порівнянні з ним знижену твердість. Це пояснюється процесами взаємної дифузії газів з поверхні вглиб металу і атомів основного металу і легуючих елементів до кордону розділу газ-метал. В результаті цього межа розділу метал - газонасичених шар виявляється збідненої легуючими елементами і дає знижену твердість при випробуванні.
Явище корозійного розтріскування У металі, схильному корозійного розтріскування, при відсутності зовнішніх напруг зазвичай відбувається дуже незна-ве корозійне руйнування, а при відсутності корозійно-ної середовища під впливом напружень майже не відбувається через трансформаційних змін міцності або пластичності металу. Таким чином, в процесі корозійного розтріскування, т. Е. При одновремен-ном дії статичних напруг і корозійного середовища, спостерігається істотно більше погіршення механічних властивостей металу, ніж це мало б місце в результаті роздільного, але адитивної дії цих факторів.
Корозійне растре-сківаніе є характерним випадком, коли взаємодіє хімічна реакція і механічні сили, що призводить до структурної руйнування. Таке руйнування носить крихкий характер і виникає у звичайних пластичних металах, а також в мідних, нікелевих сплавах, нержавіючих сталях і ін. В присутності певної корозійної середовища.
При дослідженні процесу хруп-кого руйнування в результаті корозійного розтріскування особливе значення має дослідження роздільного впливу на метал напружень і корозійного середовища, а також їх одночасний вплив. Однак в процесі корозійного розтріскування першорядне значення мають наступні стадії: 1) зародження і виникнення тріщин і 2) подальший розвиток корозійних тріщин.
Обидві стадії, як буде показано нижче, є індивідуальними ступенями в процесі корозійного розтріскування. Середовищами, в яких відбувається корозійне розтріскування металів, є такі середовища, в яких процеси корозії сильно локалізовані зазвичай за відсутності помітної загальної по-поверхневі корозії. Інтенсивність локалізованої корозії може бути досить значною, в результаті чого прогресує процес розвитку дуже вузьких заглиблень, досягаючи, ймовірно, на-ібільше величини на дні заглиблень, що мають радіуси по-рядка одного міжатомної відстані.
При впливі на матеріал корозійного середовища, яка впли-яет на схильність сплаву до корозійного розтріскування і характер руйнування, основними факторами є дотримуюся-щие: 1) відносна різниця потенціалів мікроструктурних фаз, присутніх в сплаві, що викликає ймовірність місцевого руйнування 2) поляризаційні процеси на анодних і катодних ділянках 3) утворення продуктів корозії, які впливають на корозійний процес.
Для того щоб відбувся процес корозійного розтріскуючись-ня, необхідна наявність поверхневих або внутрішніх растяжки-вающих напружень. Зазвичай зустрічаються на практиці разруше-ня обумовлені наявністю залишкових напружень, що виникають, при виробництві і обробці металу, але в цілях дослідження не слід робити розмежування між залишковими напруженнями і напруженнями, що виникли в результаті прикладених зовнішніх навантажень.
Корозійне розтріскування ніколи не спостерігалося в результаті дії поверхневих стискаючих напруг; навпаки, стискають поверхневі напруги руйнування можуть використовуватися для захисту від корозійного розтріскування. При збільшенні величини прикладених напружень умень-шается час до повного руйнування металу. Для кор-розіонного розтріскування зазвичай необхідні високі напруги-ня, що наближаються до межі текучості, однак, часто зруйнований-ня може наступити і при напружених, значно менших межі текучості.
Для багатьох систем сплавів спостерігається якийсь «поріг» або «межа» напруг, т. Е. Напруги, нижче кото-яких корозійне розтріскування не відбувається за певний період часу. Така залежність, що спостерігалася, наприклад, при уповільненому растрескивании сталей, вказує, що основну роль в процесі руйнування грають напруги. Найбільш ефективний метод підвищення стійкості метал-лов проти корозійного розтріскування полягає у використанні відповідних конструктивних заходів і способів обра-лення, що скорочують до мінімуму величину залишкових напружень-ний. Якщо залишкові напруги неминучі, успішно може бути застосована термообробка, що знімає ці напруги.
Якщо по-зволяют умови, може бути використана, наприклад, дробостр-ва обробка, що викликає стискають поверхневі напруги-ня, які згодом дають можливість навантажувати матеріал, не викликаючи напруженого стану поверхні.
Одним з мето-дів, який отримує все більше визнання і який пов'язаний з електрохімічним чинником процесу розтріскування, є застосування катодного захисту. Захист конструкцій і машин, виконаних з титану і його сплавів, від корозії Захист конструкцій виконаних з титану і його сплавів від корозійного руйнування складається з цілого комплексу заходів по підвищенню працездатності і надійності даних конструкцій і машин в корозійної середовищі.
Частина цих заходів закладається ще в процесі проектування, частина - в процесі виготовлення машин або конструкцій, а інші заходи повинні бути прийняті в процесі експлуатації. 1) Створення раціональних конструкцій. Вибір матеріалів та їх поєднань для даного вироби, звичайно, диктується технічної і економічної доцільністю, але має забезпечувати його корозійну стійкість. Конструктор повинен передбачити раціональні форми частин машини, що допускають швидку очистку від бруду; машина не повинна мати місць скупчення вологи, яка є збудником корозії. 2) Обробка навколишнього середовища.
Для різних видів корозійних процесів обробка середовища приймає різні форми. Сюди можна віднести видалення або зниження концентрації речовин, що викликають або прискорюють корозійні процеси, а також введення сповільнювачів або інгібіторів корозії. Так, наприклад, високотемпературна газова корозія відбувається головним чином за рахунок кисню повітря або інших окислюють середовищ, видалити кисень з яких не можна, так як це порушить роботу машин (двигунів) або конструкцій (оболонки, площини і т. Д.). Тому обробка зводиться тільки до видалення каталізують речовин або речовин, наявність яких призводить до порушення стійких оксидних шарів, пасивуючих метал.
На стійкість оксидних шарів шкідливо впливає наявність галогенів, що утворюють леткі сполуки. Поглинання галогенів або зміна складу окисної середовища (без галогенів) значно підвищує стійкість металевих поверхонь.
До обробці середовища можна повною мірою віднести і загальні заходи щодо збереження навколишнього середовища, що вимагають очищення промислових і вихлопних газів, так як збільшення вмісту в повітрі SO2, CO2, оксидів азоту та інших газів не тільки згубно діє на навколишню природу, а й форсує руйнування металевих конструкцій в результаті атмосферної корозії, особливо в великих містах і поблизу промислових підприємств. У приладобудівної практиці при герметизації схем зазвичай заміняють повітря на гелій або аргон високої чистоти, що взагалі виключає корозію.
Якщо є можливість, то створюється вакуум 1,33 • 10-2 - 1,33 • 10-3 Па. При необхідності повідомлення приладового пристрою з атмосферою і неможливості герметизації його ставлять поглиначі, сорбирующие вологу і діоксид вуглецю з повітря і тим самим знижують можливість появи корозійних пар. 3) Створення захисних покриттів. Мета їх нанесення - запобігти безпосередній контакт поверхні металів, сплавів з агресивними компонентами середовища (Н2O, О2, Н +, NOx, SO2. SO3 і т.д.) Такі покриття не тільки забезпечують захист від корозії, але і повідомляють виробам естетичні якості ( декоративність). Захисні покриття повинні бути більш стійкі до корозії, ніж захищаються метали.
Такі покриття повинні бути суцільними, добре утримуватися на металевій основі (хороша агдезіі).