Протекания деформации

Описанные выше особенности поведения титановых сплавов в метанольных растворах можно объяснить, используя ряд известных общих закономерностей протекания коррозионного растрескивания в металлах. Рассмотрим прежде всего особенности протекания электродных реакций при изменении степени агрессивности раствора. Введение в состав раствора анионов галогенов, например СГ, уменьшает интервал

В реальных условиях на реакцию ионизации — разряда ионов металла — накладывается какая-либо другая реакция, чаще всего выделение водорода или окисление кислорода. При реакции выделения водорода равновесный потенциал в выбранной среде отвечает величине цЕг- Применяя принцип независимого протекания электродных реакций и принцип суперпозиции поляризационных кривых [25], мы получим новую анодную кривую растворения металла *, начинающуюся уже не от равновесного потенциала металла м?г, а от его коррозионного потенциала Есог (кривая 2, рис. 17, а). Скорость коррозии (в отсутствие внешнего тока) будет равна при этом icor- Если на поверхности корродирующего металла будет присутствовать примесь более электроположительного металла, то равновесный потенциал водородного электрода не изменится, но скорость выделения водорода при тех же потенциалах будет выше (кривая 3', рис. 17, а), что приведет к сдвигу потенциала коррозии в положительную сторону (Есог) и к увеличению ее скорости до icor-Ситуация, однако, существенно меняется, если равновесный водородный потенциал положительнее, чем Еп. Тогда введение металлов, на которых облегчается выделение водорода, приводит не к усилению, а к резкому замедлению коррозии, так как коррозионный потенциал окажется в этом случае в положительной области (рис. 17, б).

Кузнецов и Иофа [76], анализируя поляризационные кривые, снятые на железе в растворах серной и соляной кислот, насыщенных сероводородом, показали, что ускоряются оба процесса, но в большей степени анодный. Об этом же свидетельствует и сдвиг потенциала коррозии в отрицательную сторону. Облегчение протекания электродных коррозионных процессов в присутствии сероводорода со сдвигом потенциала коррозии железа в отрицательную сторону отмечалось и в других работах [8,41, 48, 51, 52, 85,91,92,102]. По мнению многих исследователей, стимулирующее действие сероводорода при кислотной коррозии металлов обусловлено каталитическим характером влияния сероводорода на электродные процессы.

Для того чтобы судить о скорости коррозионного процесса, необходимо иметь четкое представление о характере, механизме и скорости протекания электродных реакций, которые определяют процесс разрушения металла. Это и обусловливает особое внимание исследователей к изучению механизма и кинетики электродных реакций.

Контролирующий фактор коррозионного процесса более четко выявляется при анализе хода идеальных поляризационных кривых (графический метод анализа коррозионных процессов) (см. рис. 10). При протекании коррозионного тока в системе происходит смещение значений электродного потенциала анодной и катодной реакции в направлении их сближения. Обычно анодная и катодная кривые не пересекаются (поверхность металла не становится эквипотенциальной), за счет определенного омического сопротивления электролита. Максимальный ток коррозии /max отвечает определенным сближенным значениям электродного потенциала анодной и катодной реакции (анодного и катодного участка) и определенному омическому падению потенциала IR (если величина R бесконечно мала — кривые пересекаются и поверхность становится эквипотенциальной). Значение стационарного потенциала V'cm металла или сплава (соответствующее пересечению кри-аых) в общем случае определяется (см. рис. 10) соотношением скоростей анодной и катодной реакции при максимальном токе коррозии /max. Степень наклона поляризационных кривых характеризует большую (крутой ход) или малую (пологий ход) затрудненность протекания электродных реакций. Количественно эта затрудненность выражается величиной поляризуемости электродных реакций РК или РА (поляризуемость имеет размерность омического сопротивления:

" Вопреки широко распространенному в электрохимии и теории коррозии принципу независимого протекания электродных реакций, в данном случае очевидно, что вследствие сопряжения -процессы ионизации компонентов из сплава теряют свою термодинамическую индивидуальность, т. е. протекают отнюдь не независимо.

Значительное развитие получили электрохимические методы исследования атмосферной коррозии, позволившие изучить специфические особенности протекания электродных реакций в тонких слоях электролитов и установить основные закономерности работы микроэлементов в условиях атмосферной коррозии [17—21]. Применение этих методов открыло широкие возможности для раскрытия механизма атмосферной коррозии, а также противокоррозионной защиты, и дало, как нам представляется, ряд ценных результатов как для теории, так и для практики.

Для того чтобы судить о скорости коррозионного процесса, необходимо иметь ясное представление о характере, механизме и скорости протекания электродных реакций, которые обусловливают процесс разрушения металлической структуры. Поэтому исследователями и уделяется за последние годы исключительное внимание изучению механизма и кинетики электродных реакций, обусловливающих коррозионный процесс. В этом направлении у нас достигнуты значительные успехи [1,24—34]. Лучше всего изучены реакции электрохимического восстановления водорода и кислорода, в меньшей степени реакции электрохимического окисления металлов, т. е. процессы анодного растворения.

Теория электродных процессов подробно изложена в ряде работ [1, 24, 35], поэтому мы остановимся лишь на тех реакциях, которые обусловливают коррозионный процесс, причем лишь в той мере, в какой это необходимо для понимания механизма коррозии металлов и уяснения специфических особенностей протекания электродных реакций в тонких слоях электролитов. К числу таких реакций относятся следующие:

Подводя итоги изложенному выше, следует заметить следующее. Независимо от того, какой точки зрения на механизм коррозии придерживаются, знание основных закономерностей протекания электродных реакций, обусловливающих коррозионный процесс, одинаково важно для сторонников любой теории. Для однородных поверхностей, свободных от окис-ных пленок, можно отвлечься от структурной неоднородности сплавов и не связывать протекание той или иной реакции с определенными участками поверхности металла. При наличии же структурных неоднородностей основной материальный эффект коррозии определяется работой микроэлементов, и мы обязаны приписывать ту или иную электрохимическую реакцию к определенным структурным составляющим сплава. В этих условиях учет закономерностей действия микроэлементов приобретает первостепенное значение.

В предыдущей главе были рассмотрены основные закономерности протекания электродных реакций, обусловливающих коррозионный процесс, в условиях погружения металла в объем электролита.

• Толщина свариваемых пластин из стали 12Х18Н10Т составила 110 мм, а из сплава АМгб — 50 мм. Образцы для исследования сечением 3,5x2,5 мм вырезались поперек шва. Характер протекания деформации определялся измерением расстояния в процессе растяжения между отпечатками микротвердости, которые наносились по сечению металла шва до начала испытания через 1 мм.

Для экспериментального изучения пластических зон удобны плоские образцы малоуглеродистой стали. Изменяя их толщину, можно варьировать условия протекания деформации от плоского напряженного состояния до плоской деформации.

14. Терентьев В.Ф., Хольсте К. К вопросу о негомогенности протекания деформации в начальной стадии циклического нагружения армко-железа // Пробл. прочности, 1973.- № 11.- С. 3-12.

Титановые сплавы существенно отличаются по характеристикам, особенно по характеру протекания деформации в отдельных микрообъёмах, от стали и других металлов. Существенно в большей степени в титановых сплавах, в частности, выражена анизотропия сопротивления сдвигу по отдельным плоскостям кристаллической решетки. Все это безусловно должно было наложить отпечаток на характер изменения свойств в поверхностных и внутренних объемах металла при его циклическом деформировании.

В процессе термоциклирования при значительно отличающихся величинах ТШах и Тш1п пластическая деформация во внутризеренных объемах накапливается как при верхней температуре цикла в условиях сжатия, так и при нижней температуре цикла в условиях растяжения. В соответствии с этим деформационный рельеф внутри зерен представляет собой совокупность полос скольжения двух типов: «высокотемпературных» и «низкотемпературных». Указанные полосы скольжения разделены по месту протекания деформации и достаточно легко идентифицируются по различному направлению смещения на них интерференционных линий (рис. 5) и большей ширине. Полосы скольжения указанных типов могут располагаться как в одних и тех же, так и в различных участках зерен, если условия деформации при верхней и нижней температурах цикла резко различны. Структура «низкотемпературных» и «высокотемпературных» полос скольжения, характер их развития и расположения подобны тем же характеристикам внутризеренной деформационной структуры при соответственно выбранных (температура и скорость деформации) условиях растяжения. Лишь в полосах деформации иногда наб-

модействующие с алюминием по эвтектическому типу (2) FeAh, Al3Ni, А16Мп, не разрушаются при деформировании и тормозят развитие возникающих в матрице сплава трещин, являясь своеобразными «шипами» (рис. 1, б). Поэтому характер протекания пластической деформации и разрушения сплавов, содержащих те и другие частицы, — различен. В первом случае, на самых начальных стадиях в местах нахождения частиц наблюдается локализация пластической деформации, приводящая к разрушению в этих местах: при повышенных температурах этот процесс интенсифицируется. Во втором случае, с увеличением содержания избыточных фаз повышается однородность протекания деформации, трещины зарождаются в матрице, либо между частицей и матрицей при напряжениях, заметно превышающих предел текучести, и пластической деформации, близкой к разрушающей.

Таким образом, проведенное исследование показало хорошую корреляцию между кинетикой пластического течения алюминия, неоднородностью протекания деформации и температурной зависимостью характеристик пластичности.

Из приведенных данных следует явно выраженный неоднородный характер протекания деформации во всем изученном интервале температур и степеней нагружения. При 1100 и 900° С имеет место большая неоднородность микродеформации по границам зерен аустенита по сравнению с телом зерен. Увеличение степени деформации до 15% при 900° С приводит к одинаковой неоднородности микродеформации относительно элементов структуры.

новом переплаве [3]. В то же время разрушение металла шва с крупными выделениями второй фазы (ЭШС, АрДС — автоматическая) наступает для обоих материалов при меньшем конечном удлинении металла и меньшем пределе прочности, чем в случае мелкой фазы. Объяснение этому дали микроструктурные исследования поверхности деформируемых образцов. В металле шва сплава АМгб в процессе деформации наблюдалось возникновение трещин, которые проходят либо по фазе, представляющей в сплаве АМгб интерметаллид, либо по границе ее раздела с матрицей. С увеличением размера интерметаллидных фаз трещины появляются при меньших степенях деформации. В шве, выполненном электрошлаковой сваркой, первые трещины наблюдаются при удлинении менее 0,5. Преимущественное образование трещин по фазе, расположенной на границах зерен и в стыке трех зерен, свидетельствует о том, что их появление обусловлено неоднородным характером протекания деформации и образованием локальных концентраций напряжений около малопластичной второй фазы [4].

3.Следствием неоднородного протекания деформации в двухфазном металле сварных швов является зарождение трещин до разрушения.

Исследовались закономерности изменения пластических и прочностных свойств алюминия марки А-999 при активном растяжении в интервале температур 20—600° С. Показана корреляция между кинетикой пластического течения алюминия, неоднородностью протекания деформации и температурной вависимостью пластичности.