Общие закономерности явления коррозионного растрескивания

Вполне очевидно, что сплавы, основу которых составляют благо­родные металлы, являются наиболее устойчивыми против коррози­онного растрескивания, так как легирующие компоненты таких сплавов всегда менее благородий. Кроме того, для таких сплавов ограничено число коррозионных сред, в которых может происхо­дить растрескивание. С другой стороны, для такого очень актив­ного металла, как магний, все легирующие компоненты более бла­городны, поэтому магниевые сплавы сильно подвержены коррозион­ному растрескиванию. Для магния даже вода является активной коррозионной средой.

Среди специальных групп сплавов, не подверженных коррозион­ному растрескиванию, можно отметить сплавы золота, палладия и платины.

Однако для сплавов серебра условия для коррозионного растре­скивания более благоприятны. Во-первых, серебро часто исполь­зуется в виде сплава с более благородными металлами, такими, как золото, палладий и платина; во-вторых, серебро быстро вступает.в реакцию с сильными окислителями, такими, как азотная и хромовая кислоты, а также с соляной кислотой и хлорным железом. Пре­дел устойчивости для этих сред лежит примерно при 40 ат. % Аu, так что коррозионное растрескивание будет иметь место во всех сплавах с золотом, содержащих менее 58,5 вес. % золота. В связи с этим имеются многочисленные примеры коррозионного растрески­вания сплавов серебра, содержащих золото и палладий, применяю­щихся в зубоврачебном деле. Коррозионное растрескивание этих сплавов наблюдалось после очистки их в соляной кислоте в про­цессе производства. С другой стороны, сплавы серебра, содержащие менее благородные компоненты, не подвержены коррозионному рас­трескиванию. Это подтвердилось при испытании однородных сплавов системы Аu—Zn, содержащих 25 ат. % Zn, и сплавов системы Ag—А1, содержащих 13 ат. % А1. Образцы из этих сплавов, испы­тываемые под напряжением в 2%-ном растворе FeС3, не подверга­лись коррозионному растрескиванию даже в течение продолжитель­ного времени испытания.

Медные сплавы более подвержены коррозионному растрески­ванию. Число более благородных легирующих компонентов для меди не меньше, чем для серебра, но основная опасность обуслов­лена тем, что в любой среде, содержащей хотя бы незначительное количество аммиака, происходит коррозионное растрескивание мед­ных сплавов. Все сплавы, содержащие небольшое количество зо­лота, использующиеся в производстве ювелирных изделий, явля­ются сплавами на медной основе. Из всех использующихся сплавов меди с золотом только один сплав, содержащий 75 вес.% золота, не подвержен коррозионному растрескиванию. Для остальных сплавов их устойчивость зависит от коррозионной среды и предела устойчи­вости.

Предел устойчивости для сплавов системы Сu—Аu в растворе аммиака составляет примерно 20 ат.% Аu, так что сплавы, содержащие 50 вес. % золота, не подвержены коррозион­ному растрескиванию в этой среде. Но в 2 %-ом растворе FeС3 та­кие сплавы, содержащие меньше 35 ат.% Аu, подвержены коррози­онному растрескиванию. Поэтому в ювелирном деле следует при­менять сплавы, содержащие не менее 58,5 вес.% золота, с использованием их при возможно более низких напряжениях. Однако в случае технического использования, включающего наличие в сплаве внутренних напряжений и воздействие коррозионной среды (например, изготовление перьев для авторучек), такие сплавы не­достаточно устойчивы. Но если часть меди в этих сплавах заменять серебром (по весу), как это часто делается на прак­тике, то атомная доля золота в сплаве увеличивается и соответ­ственно увеличивается сопротивление коррозионному растрескива­нию.

Особое внимание следует уделить такому важному сплаву, как латунь, где медь легирована менее благородным компонентом (цин­ком) и поэтому, согласно правилам, не должна подвергаться кор­розионному растрескиванию. Однако практически очень часто про­исходит сезонное растрескивание латуни. Тщательное исследование показывает, что коррозионное растрескивание латуни происходит только в аммиачных средах, тогда как раствор FeС3, концентрированные кислоты НС1 и НNОз вызывают только общую поверхно­стную коррозию.

Это отклонение от правил вызвано особым поведением меди в аммиачной среде, в которой образуются комплексные ионы с медью, что вызывает характерный тип коррозии, не свойственной другим средам. В растворах цианистого калия также образуются комплексные ионы, но в отличие от аммиака эта среда не вызывает коррозионного растрескивания сплавов систем Сu—Аu и Сu—Au, хотя она, подобно царской водке, вызывает коррозию золота.

Все остальные технически пригодные металлы менее благородны, чем водород. Из всех технических металлов наименее благородным является магний, в результате чего все легирующие компоненты всегда более благородны, что и обусловливает сильную под­верженность магниевых сплавов коррозионному растрескиванию Даже вода, являющаяся для магния активной коррозионной cредой, при наличии внутренних напряжений может вызвать коррози­онное растрескивание магниевых сплавов. Поэтому использование таких сплавов в технике в значительной степени ограничено. В ре­зультате небольшой растворимости алюминия и цинка в магнии сплавы магния с этими компонентами пересыщены при комнатной температуре, вследствие чего всегда приходится решать вопрос о том, преобладает ли совершенно однородное состояние сплава или в сплаве имеются субмикроскопические выделения второй фазы, вызывающие коррозионное растрескивание. Однако исследования автора, проводимые с магниевыми сплавами, содержащими при­мерно 1 ат. % А1 и имеющими совершенно однородную структуру, показали, что, несмотря на отсутствие выделений второй фазы, про­исходит коррозионное растрескивание сплавов.

Более стойкими против коррозионного растрескивания являются алюминиевые сплавы, особенно если они легированы менее благо­родным элементом — магнием. Согласно общим правилам, коррози­онному растрескиванию подвержены только те алюминиевые сплавы, которые содержат цинк и медь, а сплавы системы А1—Mg не растрескиваются даже в пересыщенном состоянии, что неодно­кратно подтверждалось исследованиями.

 

 

Заключение

Правильность изложенных выше обобщенных гипотез, относя­щихся к взаимодействию электрохимических и механических факто­ров, вызывающих хрупкое разрушение пластичных металлов, под­тверждается успешным применением их к различным системам сплавов. Новые представления о механизме и динамике процесса растрескивания и о характере границ зерен и субструктурных гра­ниц позволяют объяснить многие явления процесса более точно и подробно. Изложенный механизм растрескивания подчеркивает не­обходимость изучения различных систем сплавов с точки зрения изучения их структурных и электрохимических свойств, которые влияют на возникновение локальных коррозионных разрушений, и изучения тех факторов, которые влияют на образование и разви­тие трещины.

 

 

Литература

В основу реферата был взят сборник статей зарубежных авторов: «Коррозионное растрескивание и хрупкость» (1962г.)

Список авторов и их статьи:

1. D. K. Priest, F. H. Beck and M. G. F o n t a n a, Trans. ASM* 47, 473 (1955).

2. A. Morris, Trans. AIME, 89, 256 (1930).

3. C. Edeleanu, J. Inst. Metals, 80, 187 (1952).

4. P. T. Gilbert and S. E. Madden, J. Inst. Metals, 77, 237 (1950).

5. U. R. Evans, Symposium on Properties of Metallic Surfaces, p. 264, Inst. of Metals, London 1953.

6. F. A. Champion, Symposium on Internal Stresses in Metals and Alloys p. 468, Inst. of Metals, London 1948.

7. H L. Logan, J. Research Natl. Bur. Standards, 48, 99 (1952).

8. G. R. Irwin and J. A. Kies, Welding J., 31, 95(1952); G. R. Irwin, Conference on Brittle Fracture Mechanics, p. 169, Natl. Research Council Rept., May, 17, 1954.

9. W. D. Robertson, Trans. AIME, 188, 791 (1Q50).

10. D. H. Thompson and A. W. T r a c y, J. Metals, 1, 100 (1942).

11. R. D. Heidenreich, R. McNulty and R. C. Gerould, Trans. AIME, 166, 15 (1946).                                                                           

12. M. R. Pick us and E. R. Parker, J. Metals, 3, 792 (1951).

S. Harper and A. H. Cottrell, Proc. Phys. Soc.. B63, 331 (1950).

E. N. da C. Andrade and R. F. Y. Randall, Nature, 162, 890

(1948).

J. W. Menter and Hall E. O., Nature, 165, 611 (1950).

13. J. J. Harwood, Corrosion, 6, 249 (1950).

14. F. D. Coffin and S. L. Simon, J. Appl. Phys., 24, 1333 (1953).

15. A. H. Cottrell, Dislocations and Plastic Flow in Crystals, p. 55,. Oxford 1953.