根據目前的研究,在空氣中,空氣對航空鋁幾乎不發生SCC現象。*,CL-對金屬的腐蝕影響是很大的,本文專門介紹NaCl溶液對航空鋁的應力腐蝕影響。
應力腐蝕影響采用標準:慢應變速率拉伸(SSRT)試驗按GB/T15970.4-2000進行。
試樣:25mm×6mm×3mm;
試樣取樣方向為擠壓方向。
試驗過程:試樣用600﹟~1000﹟砂紙逐級打磨,然后用丙酮清洗,再用蒸餾水清洗并吹干,用氯丁橡膠封閉非工作段表面。安裝試樣后施加約150N的預加載,應變速率分別取0.33×10-5和1×10-6s-1;環境分別為空氣和3.5%NaCl溶液。
試樣斷裂后,立即對試樣進行后續處理(用蒸餾水沖洗斷口,再在丙酮中超聲波清洗,吹干后放入干燥皿中),用掃描電鏡進行斷口形貌分析。
- 5083鋁合金的應力2應變行為將試樣分別在空氣中和3.5%NaCl溶液中進行SSRT試驗,應變速率為0.33×10-5s-1,應力2應變曲線如圖1所示。由圖1可見,試樣在溶液中的延伸率明顯低于空氣中的,抗拉強度也比空氣中的有不同程度的降低,這說明5083鋁合金在3.5%NaCl溶液中具有應力腐蝕敏感性。
圖1 航空鋁5083在空氣和3.5%NaCl溶液中的SSRT曲線
應力腐蝕指數ISSRT是將SSRT試驗所獲得的各項力學性能指標進行數學處理的結果,與單項力學性能指數相比能更好地反映應力腐蝕斷裂敏感性,常作為應力腐蝕的重要判據,計算式為:
ISSRT=1-[σfw×(1+δfw)]/[σfA×(1+δfA)] (1)
式中:
σfw為在環境介質中的斷裂強度,Mpa;
σfA為在惰性介質中的斷裂強度,Mpa;
δfw為在環境介質中的斷裂伸長率,%;
δfA為在惰性介質中的斷裂伸長率,%;
本試驗中惰性介質為空氣,ISSRT從0→1表示應力腐蝕斷裂敏感性增加,ISSRT計算結果如表2
表2 5083鋁合金慢拉伸力學性能及ISSRT值
序號 | 應變速率 1/s | 預變形量 % | 介質 | 伸長率 % | 抗拉強度 MPa | ISSRT |
1 | 0.33×10-5 | 10 | 空氣 | 8.01 | 317.5 | 0.13 |
| | | 3.5%NaCL | 16.01 | 309.7 | |
2 | 0.33×10-5 | 15 | 空氣 | 16.32 | 325.5 | 0.16 |
| | | 3.5%NaCL | 13.88 | 316.9 | |
3 | 1×10-6 | 10 | 空氣 | 14.25 | 310.5 | 0.21 |
| | | 3.5%NaCL | 11.85 | 290.5 | |
- 應變速率對5083鋁合金SCC行為的影響應變速率是影響材料SCC行為的重要參量,通常使用的應變速率范圍為10-4~10-8s-1,對大多數材料,應力腐蝕zui敏感的應變速率約為10-6s-1,在一給定環境介質條件下,將存在一*應變速率,以區分材料的SCC敏感性。
從表2可見,同一預變形條件下,拉伸應變速率較低的試樣具有較高的SCC敏感性。
發生SCC行為必然存在于某一應變速率范圍內,應變速率過高,斷裂伸長率接近空氣介質中所測得的,韌性損失較少,SCC不敏感,即在高應變速率下,環境介質和試樣間還未進行SCC所要求的恰當反應,塑性形變就使試樣很快斷裂;另一方面,應變速率過低,材料被拉伸滑移產生新鮮表面,而新鮮表面上的鈍化膜形成得足夠快,3.5%NaCl溶液不能充分發揮其在SCC過程中的作用,試樣的強度、韌性與空氣中的結果相差不大。
采用慢應變速率拉伸(SSRT)測試法及掃描電鏡(SEM)與透射電鏡(TEM)分析手段,研究了預變形量及應變速率對5083鋁合金在空氣和3.5%NaCl溶液中應力腐蝕開裂(SCC)行為的影響。結果表明:在空氣中,5083鋁合金幾乎不發生SCC現象,其斷口均呈現韌性斷裂形貌;在3.5%NaCl溶液中,5083鋁合金具有SCC敏感性,其斷口呈現局部沿晶界或相界斷裂形貌,隨著應變速率的減小,應力腐蝕敏感指數(ISSRT)增大,當應變速率至1×10-6s-1時,其應力腐蝕斷口呈現典型的解理脆斷特征;(Mgl8)等第二相析出及預變形后位錯增多是導致5083鋁合金SCC敏感性增大的主要原因。
3 結論
(1)在空氣中,5083鋁合金幾乎不發生SCC現象,其斷口均呈現韌性斷裂形貌;在3.5%NaCl溶液中,5083鋁合金具有SCC敏感性,其斷口呈現局部沿晶界或相界斷裂形貌。
(2)隨著應變速率的減小,ISSRT值增大,當應變速率減至1×10-6s-1,5083鋁合金的應力腐蝕斷口呈現典型的解理脆斷特征。
(3)預變形量增大引起位錯密度升高,殘余應力增大,5083鋁合金的SCC敏感性增大。