08.02.2017

Введение небольших количеств магния, марганца, меди, бериллия и других элементов в бинарные сплавы Al—Si позволило разработать многокомпонентные сплавы, имеющие специфические особенности.
Из всех легирующих добавок наибольшее значение для дальнейшей термической обработки имеет магний. Комплексное легирование сплавов системы Al—Si—Mg бериллием и титаном позволило еще больше повысить прочность сплавов этой системы (сплав ВАЛ5). При легировании сплавов этой системы медью и другими компонентами (сплавы АЛ4М, В124, ЛЛ32) фазовый состав их значительно усложняется, и структура в зависимости от условий кристаллизации может содержать α, α+Si, CuAl2, Mg2Si, W(AlxMg5Cu4Si4).
Сплавы системы Al-Si
Сплавы системы Al-Si
Сплавы системы Al-Si

На рис. 42 показана типичная микроструктура силуминов различного состава, а в табл. 36—39—химический состав, механические, физические и технологические свойства.
В работе было проведено исследование коррозионной стойкости силуминов. Особое внимание было уделено группе медистых силуминов с различным содержанием меди (0,5—4,0%). Для сравнения были исследованы сплавы АЛ19 и ВАЛ1 системы Al—Cu.
Сплавы системы Al-Si

Испытания проводились в следующих средах;
а) в 3%-ном растворе NaCl при переменном погружении образцов (10 мин в растворе, 50 мин на воздухе);
б) в тропической камере, режим работы которой: цикл I — температура 50° С, влажность 98%, выдержка 8 ч; цикл II — температура 20° С, влажность 98%, выдержка 12 ч; сушка 4 ч;
в) во влажной камере с распылением 3%-ного раствора NaCl;
г) в атмосферных условиях.
Критерием оценки коррозионной стойкости сплавов под напряжением служило время от начала испытания до появления на образцах-кольцах трещины, видимой невооруженным глазом. Каждому испытанию подвергалось по 5 образцов.
Общую коррозионную стойкость определяли на разрывных образцах диаметром 8 и 9 мм с литейной коркой и без нее.
Сплавы системы Al-Si

Испытания проводили: а) при погружении образцов в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2 в течение трех месяцев; б) в тропической камере; в) во влажной камере с распылением 3%-ного раствора NaCl; г) в атмосферных условиях.
Коррозионную стойкость оценивали по потере механических свойств в результате коррозии.
Результаты исследований обшей коррозионной стойкости сплавов представлены в табл. 40—45.
Сплавы системы Al-Si

Исследования показали, что стандартный сплав АЛ4 обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2. После трехмесячных испытаний на образцах отмечена небольшая местная коррозия. Потеря прочности составляет примерно 5% как для образцов с литейной коркой, так и для образцов без нее (см. табл. 40).
Коррозионная стойкость сплава АЛ4 после испытания в тропической камере также удовлетворительная. Потеря прочности как и на образцах, испытанных в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2, равна 5%, а потеря относительного удлинения в 6 раз меньше (см. табл. 41).
Коррозионная стойкость сплава АЛ4 после испытания в течение двух лет в атмосферных условиях высокая. Ухудшения механических свойств не обнаружено (см. табл. 44).
Сплавы системы Al—Si—Cu—Mg (см. табл. 41) по степени поражения образцов коррозией и степени возрастания потери прочности в результате коррозии в растворе 3% NaCl+0,l% Н2О2 можно расположить в следующем порядке; 1) сплавы типа АЛ9, В124; 2) сплавы типа ЛЛ4М; 3) сплавы типа АЛ5.
Сплавы системы Al-Si
Сплавы системы Al-Si

На поверхности образцов сплавов типа АЛ9, В124 и АЛ4М после снятия продуктов коррозии остались небольшие следы коррозии; на поверхности образцов сплава типа АЛ5 — глубокая язвенная коррозия. Разрушение образцов наблюдалось в основном по участкам коррозии. Потери прочности после трехмесячных испытаний составляли для сплавов типа АЛ9 5—6%, для сплава типа В124 5—7%, для сплава типа АЛ4М 9—15% и для сплава типа АЛ5 около 40—44%.
После испытаний в тропической камере обнаружена высокая коррозионная стойкость сплавов этой группы. Разницы снижения механических свойств между сплавами системы Al—Si—Cu—Мg, как это имело место при испытании в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2, не наблюдалось. Практически прочность не снижается в результате коррозии (см. табл. 41).
Коррозионная стойкость сплавов АЛ4М и В124 после испытания во влажной камере с распылением 3%-ного раствора NaCl практически такая же, как и для этих сплавов в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2, а для сплава АЛ5 — несколько выше (см. табл. 41).
Коррозионная стойкость сплавов системы Al—Si—Cu—Mg после испытания в течение двух лет в атмосферных условиях приведена в табл. 45. Максимальная потеря механических свойств отмечается у сплава типа АЛ9 — она составляет 3,8 и 11 % для образцов без литейной и с литейной коркой соответственно.
Сплав ВАЛ1 имеет пониженную коррозионную стойкость в растворе 3% NaCl+0,l % Н2О2; потеря прочности при этом испытании достигает 50% (табл. 45).
Испытания в атмосферных условиях в течение двух лет показали хорошую коррозионную стойкость сплава ВАЛ1. Для образцов без литейной корки снижения предела прочности не обнаружено, с литейной коркой — потеря составляла 4,3% (см. табл. 45).
Сплавы системы Al-Si

Результаты исследований коррозионной стойкости сплавов под напряжением в 3%-ном растворе NaCl (колесо), тропической камере, камере соляного тумана и в атмосфере приведены в табл. 46. Как следует из табл. 46, образцы всех исследованных сплавов, кроме АЛ19 и ВАЛ1, простояли под напряжением во всех четырех средах без разрушения больше 6 мес. При испытании методом переменного погружения в 3%-ный раствор NaCl некоторые образцы сплавов АЛ19 и ВАЛ1 разрушились через 18—35 сут. При испытании в условиях атмосферы образцы всех семи исследованных сплавов сняты без разрушения через 1 год 8 мес.
Сплавы системы Al-Si

Коррозионная стойкость сплавов системы Al—Si марок, АЛ9, АЛ4 и ВАЛ5 под напряжением, по данным работы, выражается прямой, расположенной несколько ниже прямой длительной прочности этих сплавов и имеющей несколько больший наклон к осп ординат (рис. 43, а—в). Эти данные показывают также, что на коррозионную стойкость сплавов типа силумина не оказывает заметного влияния содержание основного легирующего элемента — кремния и количество эвтектики в структуре сплавов. Поведение в коррозионной среде под напряжением сплавов марок АЛ9 и ВАЛ5, содержащих в структуре около 50% эвтектической составляющей, практически не отличается от поведения сплава ЛЛ4.
Кривая 1 (рис. 43,г), характеризующая коррозионную стойкость под напряжением сплава АЛ4М — силумина, дополнительно легированного медью, гораздо круче наклонена к оси абсцисс (зависимость долговечности образцов от величины напряжения выражается более резко, чем у других исследованных сплавов этого типа). Это можно объяснить пониженной общей коррозионной стойкостью сплава. Коррозионное поражение уменьшает рабочее сечение образца и ведет к его разрушению.
Сплавы системы Al-Si

Приведенные в табл. 46 данные позволяют сделать вывод об отсутствии склонности сплавов типа силумина к коррозионному растрескиванию.
Таким образом, лучшей коррозионной стойкостью из исследованных сплавов обладает сплав АЛ4 (Т6), двухлетнее испытание которого в атмосферных условиях не привело к потере прочности, а после трехмесячных испытаний в растворе 3%NaCl+0,l% Н2О2 потеря прочности составила 5%.
Сплавы системы Л1—Si—Cu—Мg в закаленном и состаренном состоянии, содержащие 0,5% Cu, а также сплавы, содержащие 9% Si и до 4% Cu (В 124), обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью в растворе 3% NaCl+0,1% Н2О2.
Сплавы системы Al—Si—Mg, Al—Si—Cu—Mg не склонны к коррозионному растрескиванию при испытании под напряжением в атмосфере, при переменном погружении в 3%-ный раствор NaCl, в тропической камере и камере соляного тумана. Поведение этих сплавов в коррозионной среде под напряжением определяется главным образом их общей коррозионной стойкостью.
Сплавы системы Al—Cu (АЛ19) и Al—Cu—Mn—Ni (ВАЛ1), закаленные и состаренные по режиму Т5, значительно уступают сплавам типа силумина при испытании на общую коррозию и коррозию под напряжением.
Благодаря сравнительно высоким коррозионным свойствам, и технологичности силумины (АЛ2, АЛ9 и др.) получают все большее распространение в судостроительной промышленности. Сравнительные исследования коррозионной стойкости силуминов и сплавов систем Al—Mg и Al—Zn—Mg, проведенные при различных условиях испытания, показали, что силумины могут успешно применяться для изготовления многих судовых деталей.
Общую коррозионную стойкость в движущейся синтетической морской воде определяли на образцах размером 60х160х10 мм, которые вставляли в специальные кассеты из текстолита и устанавливали на внутренней стенке барабана, заполненного морской водой. Во избежание щелевой коррозии зазоры между кассетой и образцами заливали битумом. Вода в барабане с помощью мешалки приводилась в движение; скорость движения воды у образцов 10 м/с; продолжительность испытаний 1000 ч; температура при испытаниях 30+2° С. Результаты испытаний приведены в табл. 47.
Наибольшую коррозионную стойкость из исследованных сплавов имел сплав АЛ28. Потери массы этого сплава были примерно в 10—15 раз меньше потерь сплавов типа силумина. Потери массы сплавов АЛ2, АЛ9 и ВАЛ5 оказались примерно на одном уровне, причем термическая обработка этих сплавов не оказала значительного влияния на их коррозионную стойкость. Так, например, потери массы сплава ВАЛ5 близки между собой как к закаленном состоянии (Т4), так и в состоянии закалки и искусственного старения (Т5). Значительно большую зависимость имеет коррозионная стойкость сплавов от строения эвтектики в этих сплавах. Так, потери массы сплава марки АЛ9, подвергнутого модифицированию, в два раза меньше потерь немодифицированного сплава, имеющего в структуре грубую эвтектическую составляющую.
Сплавы системы Al-Si

Значительная разница в скорости коррозии наблюдалась у сплава Al—Zn—Mg после термической обработки по режимам Тб (закалка и старение) и Т7 (закалка и старение с последующим смягчающим отпуском). Сплав Al—Zn—Mg в состоянии Т7 имел более высокую коррозионную стойкость. Это объясняется, по-видимому, тем, что упрочняющие фазы MgZn2 и Al2Zn3Mg3 после термообработки Т7 находятся в более мелкодисперсном состоянии. Как известно, интерметаллидные упрочняющие фазы в сплавах системы Al—Zn—Mg аноды по отношению к твердому раствору а.
Вполне вероятно, что отдельные изолированные в структуре металла анодные участки будут растворяться в первую очередь и поверхностный слой металла приобретет однофазную структуру, причем чем в более мелкодисперсном состоянии находятся упрочняющие фазы в структуре сплава, тем более коррозионностойким будет сплав.
Высокая коррозионная стойкость сплавов системы Al—Mg в морской воде также объясняется тем, что, кроме твердого раствора а, в их состав входит упрочняющая фаза Al3Mg2, анодная по отношению к твердому раствору.
Коррозионную стойкость сплавов в атмосфере с повышенной влажностью определяли в термостате, представляющем герметичную камеру, в которой поддерживалась постоянная температура +40° С и относительная влажность 95—100%. Опыты проводили в течение 190 сут. В результате проведенных испытаний установлено, что все исследованные сплавы имеют высокую коррозионную стойкость во влажной атмосфере: потери массы сплавов не превышали погрешности измерения; поверхность образцов сплавов системы Al—Mg не изменилась в результате испытаний; образцы остальных исследованных сплавов несколько потемнели, особенно сплава АЛ2.
Для проверки влияния дефектов литья, в частности пористости, на коррозионную стойкость алюминиевых сплавов некоторые образцы из сплавов АЛ2 и АЛ28 изготовляли пористыми, для чего перед заливкой их насыщали парами воды с целью получения пористости выше 3-го балла по шкале ВИАМ. Эти образцы подвергали испытаниям в движущейся морской воде и гидростате. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что литейные дефекты на поверхности несколько увеличивают (в 1,2—1,5 раза) коррозионные поражения сплавов. Межкристаллитной коррозии на шлифах всех сплавов не было обнаружено.
Исследование сколонности к контактной коррозии проведено на трех сплавах (АЛ9, АЛ28, Al—Zn—Mg), а в качестве катодов выбраны материалы трех марок (Х18Н10Т, Ст4С и ЛМцЖ55—3—1). Стационарные потенциалы выбранных материалов в морской воде положительнее потенциалов алюминиевых сплавов, поэтому они в контакте с алюминиевыми сплавами будут играть роль эффективных анодов.
Испытание проводили при постоянном погружении в синтетическую морскую воду; контакт создавали с помощью металлического проводника. Соотношение площадей контактирующих материалов составляло 1:1. Для всех исследованных сплавов характерно, что скорость коррозии в контакте с другими материалами возрастает в десятки раз по сравнению со скоростью коррозии без контактов. Наиболее склонен к контактной коррозии сплав системы Al—Zn—Mg (табл. 48).
Сплавы системы Al-Si

Исследование коррозионной стойкости силуминов в морской воде (Черное море) проводили на пластинах (100х200х10/15 мм), установленных на стальных рамах и погруженных на глубину 2—3 м. Результаты испытаний в течение одного года приведены в табл. 49. Приведенные данные показывают, что сплавы систем Al—Mg и Al—Zn—Mg обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде. На образцах не обнаружено никаких питтинговых и язвенных коррозионных поражений.
Сплавы системы Al—Si имеют малую коррозионную стойкость в морской воде. Наибольшим коррозионным поражениям подвергся сплав марки АЛ2, у которого максимальная глубина коррозионных язв на образцах достигала 2,2 мм. Наилучшей коррозионной стойкостью из сплавов типа силумина обладает сплав ВАЛ5, что, по-видимому, объясняется защитным действием пленки, содержащей бериллий, который в качестве легирующего элемента вводится в этот сплав. Данные стендовых испытаний также подтвердили, что термическая обработка этой группы сплавов не оказывает заметного влияния на их коррозионную стойкость.
Малая коррозионная стойкость в морской воде сплавов типа силумина объясняется их составом. По данным работы, кремниевая составляющая сплавов катодна по отношению к алюминиевой составляющей. Кроме того, в большинстве силуминов присутствует примесь железа. Железо может образовывать с алюминием интерметаллическое соединение FeAl3, которое является активным катодом и, как известно, существенно увеличивает скорость коррозии.
Сплавы системы Al-Si