钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.01.012 第25卷第1期 北京科技大学学报 Vol.25 No.1 2003年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2003 钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性 吴荫顺12姜应律》褚洪) 于正洋到 丁宝峰 1)北京科技大学腐蚀中心，北京1000832)北京市腐蚀、磨蚀与表面技术开放实验室，北京100083 3)沈阳黎明航空发动机集团公司，沈阳110043 摘要采用慢应变速率实验研究了钛合金TA7在醇类溶液等介质中的应力腐蚀敏感性. 结果表明：钛合金TA7在醇类溶液中有明显的应力腐蚀敏感性：在含有C离子的醇类溶液 中有强烈的应力腐蚀敏感性；钛合金的应力腐蚀开裂通常源自点蚀孔底部. 关键词 应力腐蚀；醇溶液；钛合金；慢应变速率实验；点腐蚀 分类号TG172.9 钛合金的耐蚀性取决于能否保持钝化，在活 所示.试样的长向为材料的轧制方向.试样用水 化状态下钛合金的化学活性很高，在许多介质中 砂纸打磨至1000，用丙酮除污去油，干燥后置于 不但不耐蚀，而且可能发生强烈的化学反应，甚 干燥器内备用. 至发生自燃.有关钛合金结构件的意外腐蚀失效 (2)实验装置.用于研究钛合金应力腐蚀敏感 事故屡有报导，其中应力腐蚀开裂SCC(Stress 性的实验方法主要采用慢应变速率实验SSRT Corrosion Cracking)是钛合金工程材料失效的重 (Slow Strain Rate Test).实验在北京中腐防蚀科技 要原因之一引起钛合金可能发生应力腐蚀开 发展公司生产的ZF-K01型多功能应力腐蚀试验 裂的介质包括醇类有机溶液，但对航空钛合金构 机和德国制造K-S-M04型应力腐蚀试验机上进 件的清洗液选择方面，有的醇类溶液禁用，有的 行.拉伸速率为2.5×10'mm/s,实验温度为室温. 允许使用.我国迄今为止尚无有关标准或规定， R10 因此，通过研究以澄清钛合金醇类溶液中的应力 3.5 腐蚀敏感性具有明确的实践意义和理论意义， M6 1实验方法 20 20 140 1,1实验材料 实验用钛合金材料为沈阳黎明航发集团公 图1应力腐蚀SSRT试样的形状与尺寸(mm) 司提供，其化学成分（质量分数，%）为：A1,5.27； Fig.1 Configuration and size of the SCC specimen for SSRT Sn,2.51;Fe,0.13;Si,0.04;C,0.01;N,0.011;H,0.009;0, testing 012;Ti,余量. 2结果与讨论 12实验溶液 实验介质共有三种：无水乙醇、甲醇、0.6% 2.1钛合金TA7的SSRT实验结果 HC1-甲醇溶液.无水乙醇（分析纯），含量≥99.7%. 钛合金TA7在空气中和三种实验介质中经 甲醇（分析纯），含量99.5%.0.6%HC1-甲醇溶液是 SSRT实验获得的断裂寿命、延伸率和面收缩率 由0.6%HC1+1.0%H,0+98.4%CHOH(质量分数)， 等实验结果见表1. 盐酸（分析纯37%）和甲醇（分析纯）配制. 结果表明：钛合金TA7在无水乙醇和甲醇实 13慢应变速率实验方法 验体系中的断裂寿命、延伸率和面收缩率与在空 (1)试样.应力腐蚀试样的构型和尺寸如图1 气中的相比明显偏低；而在0.6%HC1-甲醇溶液中 收稿日期200201-12吴葫顺男.62岁，教授.博士生导师 的断裂寿命、延伸率和面收缩率则显著地降低

第 2 5 卷 第 1 期 2 0 03 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n vi e rs ity o f S e i e o c e a n d Te e h n o lO gy B e ji i n g V b l . 2 5 N O . l F e b . 2 0 03 钦 合 金 T A 7 在 醇溶 液 中的应 力 腐 蚀 敏 感 性 吴 荫顺 ’ ,2) 姜 应 律 ” 褚 洪 ” 于 正 洋” 丁 宝峰 ” l) 北京科技 大学腐蚀 中心 , 北 京 10 0 0 83 2) 北京 市腐蚀 、 磨蚀 与表 面技术 开放 实验室 , 北 京 10 0 0 8 3 3) 沈 阳黎 明航空 发动 机集 团公司 , 沈 阳 110 0 43 摘 要 采 用慢 应变 速率实验研 究 了钦合 金 TA 7 在醇 类溶 液等介质 中 的应力腐蚀 敏感 性 . 结 果 表 明 : 钦合金 TA 7 在醇类溶液 中有 明显 的应 力腐蚀敏 感性 ; 在 含有 lC 一 离子 的醇 类溶 液 中有 强烈的应 力腐蚀敏 感性 ; 钦 合金 的应力 腐蚀 开裂 通常源 自点蚀 孔底 部 . 关键 词 应力 腐蚀 ; 醇 溶液 ; 钦 合金 ; 慢 应变 速率实验 ; 点腐蚀 分类 号 T G 1 7 2 . 9 钦 合金 的 耐蚀 性取 决于能 否保持钝 化 . 在活 化 状态 下钦 合金 的化学 活性 很高 , 在许 多介质 中 不 但不 耐 蚀 , 而且 可 能发 生 强烈的化 学 反 应 , 甚 至 发生 自燃 . 有关钦合金结 构件的 意外腐蚀失 效 事故屡 有 报 导 , 其 中应 力腐蚀 开 裂 S C C (S etr s co or iso n cr ac ik gn ) 是钦 合金 工 程 材料 失效 的重 要原 因之一 `,川 . 引起钦合金 可能 发生 应力 腐蚀 开 裂 的介质包 括醇类 有 机溶液 , 但对航 空钦合金 构 件的清洗 液选 择方 面 , 有 的 醇类 溶液 禁用 , 有 的 允许使用 . 我 国迄 今为止 尚无 有 关标 准 或规 定 . 因此 , 通 过研究 以 澄 清钦 合金 醇类 溶液 中的应 力 腐蚀 敏 感性 具 有明确 的 实践 意 义 和理 论 意义 . 丛 所 示 . 试样 的长 向为 材料 的 轧制 方 向 . 试样 用水 砂 纸 打磨至 10 0 # , 用 丙 酮 除污 去 油 , 干燥 后 置 于 干燥 器 内备用 . (2 )实 验装置 . 用 于研究 钦合金 应力腐蚀 敏感 性 的 实 验 方 法 主 要 采 用 慢 应 变 速 率实 验 S SRT ( s l o w s tr ia n R at e eT s t ) . 实验 在北 京 中腐 防蚀科 技 发 展公 司生产 的 Z F es K 0 1 型多 功能 应 力腐蚀试 验 机 和德 国制造 -K S 一 M 04 型应 力 腐蚀 试 验 机上 进 行 . 拉伸速 率为.2 5 、 10 一 , m耐 s , 实 验温 度 为 室温 . R 10 一7 .43 5 一25 1 实验方法 140 L l 实 验 材料 实 验用 钦 合金 材料 为 沈 阳黎 明航 发 集团公 司提供 , 其化学 成 分 ( 质 量分 数 , % )为 : lA , .5 27 ; S n , 2 . 5 1; F e , 0 . 13 ; 5 1 , 0 . 0 4 ; C , 0 . 0 1; N , 0 . 0 1 1; H , 0 . 0 0 9 ; O , 0 . 1;2 iT , 余量 . L Z 实 验溶 液 实 验介 质 共有三 种 : 无水 乙 醇 、 甲醇 、 .0 6 % H C 卜 甲醇溶液 . 无水 乙醇(分析纯 ) , 含量 进9 .9 7 % . 甲醇 (分析纯 ) , 含量 9 . 5 % . .0 6 % H CI 一 甲醇溶液是 由 0 . 6 % H e l+ 1 . 0 % H Z o + 9 5 . 4 % e H , o H (质量 分数 ) , 盐 酸 (分析纯 37 % ) 和 甲醇 (分析 纯 ) 配制 . 1.3 慢 应 变 速 率实 验方 法 ( l) 试样 . 应 力腐蚀 试样 的构 型和 尺 寸如 图 1 收稿 日期 2 0 02 刁 1 一 12 吴荫顺 男 , 62 岁 , 教 授 , 博士 生导师 图 1 应力腐 蚀 SS R T 试样 的形 状与 尺 寸( m m ) F ig . l C o n if g u r a t i o n a n d s 抚e o f t h e S C C s P e c im e n fo r S S R T te s t i n g 2 结 果 与 讨论 .2 1 钦 合 金 T A 7 的 S S R I , 实验 结 果 钦 合金 TA 7 在 空 气中 和 二种 实 验介 质 中经 S SRT 实验获 得 的 断裂 寿命 、 延 伸率和 面 收缩 率 等实 验 结果 见 表 1 . 结果 表 明 : 钦 合金 TA 7 在 无水 乙 醇 和 甲醇 实 验体系 中的断裂寿 命 、 延 伸率和面 收缩 率与在 空 气 中的相 比明显 偏低 ; 而在 .0 6% H CI 一 甲醇 溶液 中 的断 裂 寿命 、 延 伸 率和 面收 缩率则 显 著地 降低 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 01. 012

VoL25 No.1 吴荫顺等：钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性 41 表1钛合金TA7在不同介质中的应力腐蚀实验结果 综合以上实验结果，钛合金TA7在无水乙醇 Table 1 Results of stress corrosion for the titanium alloy 中的断裂寿命、延伸率、面收缩率均低于空气中 TA7 in various media 的相应数据；钛合金TA7在无水乙醇中的断口形 实验介质 N,/h 8% 妙/% 貌为混合断口（韧窝+准解理），而不同于其在空 空气 102 9.3 35.8 气中的断口形貌（完全的韧窝），存在着脆性断裂 无水乙醇 82 7.4 31.5 甲醇 81 7.3 30.8 的特征—一准解理断口形貌，并观察到了二次裂 0.6%HC1-甲醇溶液 8 0.7 0.3 纹；试样截面的金相观察可以清晰地观察到点蚀 孔和初始应力腐蚀裂纹.因此可以认为钛合金 2,2钛合金TA7应力腐蚀敏感性的显微观察 TA7在无水乙醇中有明显的点蚀敏感性和应力 (I)钛合金TA7在无水乙醇中的应力腐蚀敏 腐蚀敏感性. 感性. (2)钛合金TA7在甲醇中的应力腐蚀敏感性. 钛合金TA7在无水乙醇中经SSRT实验后， 钛合金TA7在甲醇中经SSRT实验后，在扫 在扫描电镜下观察其显微断口形貌，结果参见 描电镜下观察其显微断口形貌，结果见图4. 图2.SEM观察表明，钛合金TA7在无水乙醇中 SEM观察表明，钛合金TA7在甲醇中的断口 的断口形貌为混合断口（韧窝+准解理），而不同 形貌为典型的混合断口（韧窝+准解理+解理），而 于其在空气中的断口形貌（完全的韧窝）.其试样 不同于其在空气中的断口形貌（完全的韧窝）.其 断口的中心部位为韧窝断口形貌，在中心部位的 试样断口的中心部位为韧窝断口形貌，在中心部 周围观察到了脆性断裂的特征一准解理断口， 位的周围观察到了脆性断裂的特征一准解理、 并观察到了清晰的二次裂纹. 解理及二次裂纹形貌 金相观察表明，在SSRT试样断口附近的表 面可以观察到，点蚀孔和在蚀孔底部垂直于拉伸 应力方向的初始应力腐蚀裂纹，见图3. (a）准解理 图2钛合金TA7在无水乙醇中的SEM断口显微形貌： 准解理和二次裂纹 Fig.2 SEM fractograph of the titanium alloy TA7 in ethyl alcohol:quasi-cleavage and secondary cracks A (b)解理和二次裂纹 图4钛合金TA7在甲醇中的SEM断口显微形貌 Fig.4 SEM fractographs of the titanium alloy TA7 in meth- yl alcohol 40 um 金相观察表明，在SSRT试样断口附近的表 图3钛合金TA7在无水乙醇中SSRT试样的金相显微 面，可以明显观察到点蚀孔和在蚀孔底部垂直于 观察：点蚀孔和初始SCC裂纹 拉伸应力方向的应力腐蚀初始裂纹，见图5. Fig.3 Metallograph observation of the titanium alloy TA7 实验结果表明，钛合金TA7在甲醇中的断裂 in ethyl alcohol:pits and initiated cracks of SCC 寿命、延伸率和面收缩率均低于空气中的相应数

V bL 2 5 N o . l 吴荫 顺 等 : 铁 合 金 AT 7在 醇溶 液 中 的应 力腐 蚀敏 感性 表 1 钦 合金 T A 7在不 同 介质 中 的应力 腐蚀 实验 结 果 Ta b k 1 R e us stl of s 别t 组 5 ocr r o s i o n of r比. 宙. n她. a】OI y TA 7 血i v a r i o u s m de 自i 实 验介 质 Nr h/ 占 % 班 /% 空 气 10 2 9 . 3 3 5 . 8 无 水 乙 醇 8 2 7 . 4 3 1 . 5 甲醇 8 1 7 . 3 30 . 8 0 . 6% H C 一I 甲醇溶液 8 0 . 7 0 . 3 . 2 2 钦 合金 AT 7 应 力腐 蚀敏感 性 的显 微观 察 ( )l 钦合金 AT 7在 无水乙 醇 中的应 力 腐蚀 敏 感 性 . 钦合金 AT 7在 无水乙 醇 中经 s RT 实验后 , 在 扫描 电镜下 观察其显 微断 口 形 貌 , 结果 参见 图 2 . S E M 观察表 明 , 钦 合金 TA 7 在 无水 乙醇 中 的断 口 形 貌 为 混合断 口 (韧 窝+ 准解 理 ) , 而不 同 于 其在空 气中的断 口 形貌 (完全 的韧窝) . 其试样 断 口 的 中心 部位 为韧窝断 口 形 貌 , 在 中心 部位 的 周围观察到 了脆性断裂 的特征— 准解理 断 口 , 并观察到 了清晰 的二 次裂 纹 . 金 相 观察表明 , 在 S SRT 试样 断 口 附 近 的表 面 可 以观 察到 点蚀 孔 和 在蚀 孔底 部垂 直 于拉伸 应 力方 向的初 始应 力腐蚀 裂 纹 , 见 图 3 . 综合以 上 实验结果 , 钦合金 TA 7 在无 水 乙 醇 中 的断裂 寿命 、 延伸率 、 面 收缩率均 低于空 气 中 的相 应数据 ; 钦合金 TA 7 在 无水 乙 醇 中的 断 口 形 貌 为混合断 口 ( 韧 窝十 准解 理 ) , 而 不 同于其在空 气中的断 口 形 貌( 完全 的韧窝 ) , 存在着 脆性 断裂 的特征 — 准解 理 断 口 形貌 , 并观察到了二次裂 纹 ; 试样截面 的金 相 观察可 以 清晰地 观 察到点蚀 孔 和 初 始 应 力腐蚀裂 纹 . 因此 可 以 认为 钦合 金 AT 7 在无 水乙 醇 中有 明显 的 点蚀 敏感 性和应 力 腐蚀 敏 感性 . (2 )钦合金 AT 7 在 甲醇 中的应力 腐蚀敏 感性 . 钦合金 AT 7 在 甲醇中经 S SRT 实验后 , 在 扫 描 电镜 下 观察其显微断 口 形貌 , 结果 见 图 .4 ’ S E M 观察表 明 , 铁合金 AT 7 在 甲醇 中的 断 口 形 貌为典型 的混合断 口 (韧 窝+ 准解 理+ 解 理 ) , 而 不 同于其在 空气 中的断 口 形貌 (完 全的韧 窝 ) . 其 试样断 口 的中心 部位为韧窝断 口 形貌 , 在 中心 部 位的 周 围观察到 了脆性 断裂 的特征— 准解 理 、 解 理及二 次 裂 纹 形貌 . (a) 准解 理 图 2 钦 合金 T A 7 在无水 乙 醉 中 的 SE M 断 口 显微形貌 : 准 解理和 二次 裂 纹 F 啥 . 2 SE M fr a e t o g r a P h o f t h e it at n i u m a Uo y T A7 i n e t b y l a cl o h o l : q u a s i 一e le a v a g e a n d s ce o n d a 叮 c r a e ks 伪) 解理 和二 次裂 纹 图 4 钦 合金 T A 7 在 甲醇中的 S EM 断 口 显微形貌 F ig . 4 SE M afr c t o g r a P h s o f t h e 灯t a n i u m a ll o y T A 7 i n m e t 卜 y l a l e o h o l 圈 3 钦合 金 T A 7 在 无水 乙 醉 中 S S R T 试 样 的金 相显 微 观 察 : 点 蚀孔 和 初始 S C C 裂 纹 F娘3 M e 加如g r a Ph o b s e vr a i0t 0 0 f 比e it at n i u ln a ll o y l ’A 7 i n e t七y l a cl o h o l : P ist a n d 恤川a t de e r a e ks o f S C C 金 相 观 察表 明 , 在 S SRT 试样 断 口 附 近 的表 面 , 可 以明显 观 察到点蚀孔 和在 蚀孔底 部垂直 于 拉伸应 力 方向 的应 力腐蚀初 始裂 纹 , 见 图 5 . 实验结果表明 , 钦合金 TA 7 在 甲醇 中 的断裂 寿命 、 延 伸率 和面 收缩率均低 于空 气 中的相 应 数

·42 北京科技大学学报 2003年第1期 据；钛合金TA7在甲醇中的断口形貌为混合断口 腐蚀，也有可能使点蚀孔壁再钝化.大量结果表 (韧窝+准解理+解理)，而不同于其在空气中的断 明，SCC裂纹通常来源于点蚀孔底部.点蚀孔底 口形貌（完全的韧窝）.存在着脆性断裂的特征 部存在着严重的应力集中现象，点蚀孔在这里起 —一准解理和解理断口形貌，并观察到了二次裂 了“应力提升泵”的作用.对钛合金TA7而言，由 纹.试样截面的金相观察表明，在试样上存在着 于SSRT实验过程的连续拉伸作用，钛合金表面 点蚀孔和初始应力腐蚀裂纹.因此可以认为，钛 钝化膜易被破坏，萌生出点蚀孔并进一步引发应 合金TA7在甲醇中有明显的点蚀敏感性和应力 力腐蚀裂纹；同时，钛合金的自钝化能力又将使 腐蚀敏感性. 点蚀孔壁和$CC裂纹侧壁和尖端再钝化，这里存 在着两种作用方向相反的竞争作用.显然，在无 水乙醇和甲醇中，形成点蚀孔和产生SCC裂纹的 倾向更大，从而使得钛合金TA7在这两种介质中 表现出一定的应力腐蚀敏感性和点蚀敏感性.正 是由于存在固有的自钝化能力使得钛合金的应 力腐蚀扩展过程和裂纹形貌与高强钢和不锈钢 40m 等材料的明显细长SCC裂纹形貌有所不同.可 图5钛合金TA7在甲醇中SSRT试样的金相显微观 见，无水乙醇和甲醇溶液不能用作航空钛合金的 察：点蚀孔和初始SCC裂纹 清洗剂. Fig.5 Metallographic observation of the titanium alloy (3)钛合金TA7在0.6%HC1-甲醇溶液中的应 TA7 in methyl alcohol:pits and initiated cracks of SCC 力腐蚀敏感性 通过在无水乙醇和甲醇中的SSRT实验结果 钛合金TA7在0.6%HC1-甲醇溶液中经SSRT 分析，可以认为，钛合金TA7由于具有很强的自 实验后，在扫描电镜下观察其显微断口形貌，结 钝化能力，即使在连续的慢拉伸过程中产生了点 果见图6. mwm需调 (a)河流花样解理和二次裂纹 (b)二次裂纹和准解理 图6钛合金TA7在0.6%HC1甲薛溶液中的SEM断口显微形貌 Fig.6 SEM fractographs of the titanium alloy TA7 in 0.6%HCI-methyl alcohol SEM观察表明，钛合金TA7在0.6%HC-甲醇 钛合金TA7在0.6%HC1-甲醇溶液中的断裂 溶液中的断口形貌为解理断裂，而且是非常典型 寿命、延伸率和面收缩率均非常明显地低于在空 的解理形貌—一河流花样，不同于其在空气中的 气中的相应数据，断裂寿命甚至仅为空气中的 断口形貌（完全的韧窝）.根据该体系解理断口的 8%.钛合金TA7在0.6%HC1-甲醇溶液中的断口 形貌特征分析，可以认为，该材料的应力腐蚀裂 为解理断口形貌，而完全不同于其在空气中的断 纹的扩展属于沿晶和穿晶混合型断裂，并在断口 口形貌（完全的韧窝），解理断口是脆性断裂的表 观察到了二次裂纹. 征，甚至宏观上也可观察到二次裂纹.金相观察 金相观察表明，在SSRT试样断口附近的表 表明，在试样表面存在着比较严重的点蚀孔和初 面，可以明显观察到点蚀孔和在点蚀孔底部垂直 始应力腐蚀裂纹.HCI浓度对钛合金TA7在甲醇 于拉伸应力方向的初始应力腐蚀裂纹如图7. 溶液中的应力腐蚀敏感性产生十分显著的影响. SEM观察也表明，钛合金TA7在三种介质中的应 实验还表明随着HCI浓度的增加，钛合金TA7在 力腐蚀裂纹起源于点蚀孔的底部如图8. 甲醇溶液中的断裂寿命急剧缩短.因此，可以认

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 3 年 第 l 期 据 ;钦合金 AT 7在 甲醇中 的断 口 形 貌为混 合断 口 (韧 窝 +准解理 +解理 ) , 而不 同 于其在 空气 中的断 口 形貌 ( 完全 的韧 窝 ) . 存在 着脆性 断 裂 的特征 — 准解理和解 理断 口 形貌 , 并观察到 了二 次裂 纹 . 试样截面 的金 相 观察表 明 , 在试样上存在着 点蚀孔 和 初 始应 力 腐蚀 裂纹 . 因此 可 以 认为 , 钦 合金 AT 7 在 甲醇 中有 明显 的点蚀敏 感性 和应 力 腐蚀敏感性 . 图 5 钦合 金 T A7 在 甲醉 中 S S R T 试 样 的金相 显微 观 察 : 点蚀 孔 和初始 SC C 裂纹 F ig . 5 M e at lo g r a P h i e o b se vr a it o n 0 f th e 灯t a n i u m a U0 y T A 7 in m e t h y l a cl o h o l : P it s a n d i n iit a et d e r a c ks o f SC C 通 过在 无水乙 醇和 甲醇 中的 S RT 实 验结 果 分析 , 可 以认 为 , 钦 合金 TA 7 由于具有很强 的 自 钝 化能力 , 即使在连续 的慢拉伸过程 中产生 了点 腐蚀 , 也 有 可能 使点蚀 孔 壁 再钝化 . 大量 结果表 明 , S C C 裂纹 通 常来源 于 点蚀孔 底 部 . 点蚀孔 底 部存在着严重 的应 力集 中现象 , 点蚀孔在 这 里起 了 “ 应 力提 升泵 ” 的作用 `5] . 对钦合金 AT 7 而言 , 由 于 S SRT 实验过 程的 连续 拉伸作用 , 钦 合金表 面 钝化膜易被 破坏 , 萌生 出点 蚀孔并进 一步 引 发应 力腐蚀裂 纹 ; 同时 , 钦合金 的 自钝化能 力 又将使 点蚀孔 壁和 S C C 裂纹侧壁 和 尖端再钝化 , 这 里存 在着两 种 作用 方 向相反 的竞争作用 . 显 然 , 在 无 水 乙 醇 和 甲醇 中 , 形成 点蚀孔 和 产生 S C C 裂纹 的 倾 向更 大 , 从而使得钦合金 TA 7 在这 两 种介质 中 表现 出一 定 的应 力腐蚀敏感性和点蚀 敏感性 . 正 是 由 于存在 固有 的 自钝化能力使得 钦 合金 的应 力腐蚀 扩展 过 程和 裂 纹 形 貌与高强钢 和 不 锈钢 等材料的 明显 细 长 S C C 裂 纹形貌有 所不 同 . 可 见 , 无水 乙 醇和 甲醇溶液不 能 用作航空钦合金 的 清洗剂 . (3 ) 钦合金 AT 7 在 .0 6% H CI 一 甲醇溶液 中的应 力腐蚀敏感性 . 钦 合金 AT 7 在 .0 6% H C 卜 甲醇 溶液 中经 sS RT 实验 后 , 在 扫描 电镜下 观察其显 微断 口 形 貌 , 结 果 见 图 .6 a() 河 流花 样解理 和二次 裂纹 (b ) 二 次 裂纹 和准 解理 图 6 钦 合金 T A 7 在 .0 6% H C 卜甲醇溶液 中 的 S EM 断 口 显微 形貌 F ig · 6 S EM fr a e t o g r a Ph s o f t h e it t a n i u m a lo y T A7 i n o . 6% H C -I m e t h y l a ic o h o l S E M 观察表 明 , 钦合 金 TA 7 在 .0 6% H C 卜甲醇 溶液 中的断 口 形貌为 解理 断 裂 , 而 且是 非 常典型 的解 理形貌— 河 流花 样 , 不 同于其在 空 气中的 断 口 形 貌( 完 全的韧 窝 ) . 根 据该体系解 理 断 口 的 形貌 特征 分析 , 可 以 认为 , 该材 料 的应 力腐蚀 裂 纹 的扩展 属 于沿 晶和穿 晶混 合型 断裂 , 并 在断 口 观察 到 了二次 裂 纹 . 金 相 观 察表明 , 在 s RT 试样 断 口 附 近 的表 面 , 可 以 明显 观 察到 点蚀 孔 和 在点蚀孔 底 部垂 直 于 拉伸 应 力 方 向 的初 始 应 力 腐蚀 裂 纹 如 图 .7 S E M 观察也 表明 , 钦合金 AT 7 在 三 种介质 中 的应 力腐蚀裂 纹起源 于 点蚀孔 的 底部 如 图 .8 钦合金 AT 7 在 .0 6% H CI 一 甲醇溶液 中 的断 裂 寿命 、 延 伸率和 面收缩率均非 常 明显 地低 于在 空 气 中的相 应 数据 , 断 裂 寿 命甚 至 仅为 空 气 中的 8 % . 钦 合金 AT 7 在 .0 6% H C 卜 甲醇溶液 中的断 口 为解理 断 口 形貌 , 而 完全 不 同于 其在空气 中的断 口 形 貌 (完全的韧 窝) , 解 理断 口 是 脆性断裂 的表 征 . 甚 至宏 观上也 可 观 察到二 次 裂纹 . 金 相 观 察 表明 , 在试样表 面存在 着 比较严重 的点蚀孔 和初 始应 力 腐蚀裂 纹 . H CI 浓 度对 钦合金 AT 7 在 甲醇 溶液 中的应 力腐蚀 敏感性产 生 十分显著 的影 响 . 实验还 表明 随着 H CI 浓 度 的增 加 , 钦合金 AT 7 在 甲醇溶 液 中 的断 裂 寿命急 剧 缩短 . 因此 , 可 以 认

Vol.25 No.1 吴荫顺等：钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性 43· 为钛合金TA7在0.6%HC1甲醇溶液中具有非常 明显的应力腐蚀敏感性和点蚀敏感性 显然，由于C1离子在甲醇中的存在，增大了 钛合金TA7的点蚀敏感性和应力腐蚀敏感性.CI 离子在与拉伸应力联合作用下更容易使钛合金 TA7表面钝化膜破裂而萌生点蚀孔并引发SCC 40μm 裂纹，C离子的这种破坏钝化膜的能力和促进 图7钛合金TA7在0.6%HCI-甲醇溶液中的SSRT试样的 点蚀和应力腐蚀的能力，抑制了钛合金的自钝化 金相显微观察：点蚀孔和初始SCC裂纹 能力，两种相反作用竞争的结果，使钛合金在 Fig.7 Metallograph observation of the titanium alloy TA7 in 0.6%HC1-甲醇溶液中表现出更为显著的应力腐 0.6%HCl-methyl alcohol:pits and initiated cracks of SCC 蚀敏感性 2 需啊 (a)无水乙醇 (6)甲醇 (c)0.6%HC1-甲醇溶液 图8钛合金TA7的起源于点蚀孔的SCC裂纹 Fig.8 SCC cracks of the titanium alloy TA7 initiated from the bottom of pits 3 结论 参考文献 】肖纪美.应力作用下的金属腐蚀M).北京：化学工业 (I)钛合金TA7在无水乙醇和甲醇溶液中有 出版社，1990 明显的应力腐蚀敏感性和点蚀敏感性，在% 2褚武扬.氢损伤和滞后断裂M.北京：冶金工业出 HC1-甲醇溶液中有着十分显著的应力腐蚀敏感 版社，1988 性和点蚀敏感性.CI离子在环境介质中的存在，3 ASM International Handbook Committee.Metals Hand- 通过对钛合金TA7钝化膜的破坏和抑制其自钝 book,Vol.13 Corrosion [M].ASM International,1996 化能力而显著增大钛合金TA7的应力腐蚀敏感 4 American Society for Testing and Materials.ASTM STP 性和点蚀敏感性 397.Stress Corrosion Cracking in Titanium [S].USA: (2)钛合金TA7的应力腐蚀裂纹通常源自点 ASTM,1966 5 Cottis R A,Husain Z.Corrosion-fatigue initiation proces- 蚀孔底部 ses in a maraging steel [J].Metals Technology,1982,9:104 SCC Susceptibility of the Titanium Alloy TA7 in Alcohols Solution WU Yinshun 2,JIANG Yinglui,CHU Hong",YU Zhenyang,DING Baofeng" 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Science,Beijing 100083,China 3)Shenyang Liming Aero-enging Group Corporation.Shenyang 110043.China ABSTRACT The stress corrosion susceptibility of the titanium alloy TA7 in various alcohol solutions and the Cl ion effect were investigated by using the SSRT testing method,SEM analysis and metallographic examination.The results show that the titanium alloy exhibits obvious susceptibility to SCC in ethyl alcohol and methyl alcohol and but more striking susceptibility to SCC in 0.6%HCl-methyl alcohol.SCC cracks of the titanium alloy in these solu- tions initiated in general from the bottom of pits. KEY WORDS SCC susceptibility;alcohols solution;titanium alloy;SSRT test;pitting corrosion

l b V . 5 2 N O 一 l 吴 荫顺等 : A 钦合 金 T 在 醇 溶液 中 的应力 腐蚀 敏 感性 7 . 3 4 . 图 , 钦 合金 T A , 在 。 . 6% H C卜 甲醉 溶 液 中的 S SR T 试 样 的 金相 显微观察 : 点蚀 孔 和初 始 SC C 裂纹 Fi g · 7 M e t a Uo g r a Ph o b s e Vr a it o n o f t h e t i t a n i u m a ol y T A 7 i 。 0 . 6% H C -I m e t h y l a l e o h o l : Pi st a o d in it i a t e d c r a e ks o f SC C 为钦 合金 TA 7 在 .0 6% H C卜 甲醇溶液 中具有非常 明显 的 应力 腐蚀敏感 性 和点 蚀 敏感性 . 显 然 , 由 于 lC 一 离子 在 甲醇中的存在 , 增 大 了 钦 合金 AT 7 的点蚀 敏感性和应 力腐蚀 敏感性 . CI - 离子 在与拉伸应力联 合作用 下 更 容易使钦合金 T A 7 表 面 钝化膜破裂 而 萌 生 点蚀 孔 并引 发 S C C 裂 纹 , lC 一 离子 的这 种 破坏钝化膜的 能力 和促进 点蚀 和应 力腐蚀 的能力 , 抑制了钦合金的 自钝化 能 力 . 两 种 相 反作用 竞争 的结 果 , 使铁合金 在 .0 6% H C 卜 甲醇 溶液 中表 现出 更 为 显 著的应 力 腐 蚀敏感 性 . a() 无水 乙 醇 山) 甲醇 军赞{臀 (c) .0 6% H cl 一 甲醇溶 液 图 8 钦 合金 T A7 的起 源于点 蚀 孔 的 S C C 裂纹 F ig · 8 S C C e r a e ks o f t h e ti t a n i u m a lo y I A 7 in iit a t de fr o m t h e b o t o m o f Pi st 结 论 参 考 文 献 1 肖纪美 . 应力 作 用下 的金 属腐 蚀 [M ] . 北京 :化 学工 业 ( l) 钦合金 AT 7 在 无水乙 醇 和 甲醇溶液 中有 明显 的 应 力 腐蚀 敏感性 和 点蚀 敏 感 性 , 在 6% H C 卜 甲醇溶液 中有着十 分显 著 的应 力腐蚀敏 感 性 和 点蚀 敏感性 . CI 一 离 子 在环 境 介质中的存在 , 通 过 对 钦合金 AT 7 钝 化膜 的破 坏和 抑 制其 自钝 化能力 而显 著增 大钦 合金 AT 7 的应 力 腐蚀敏感 性 和 点蚀 敏感性 . (2 ) 钦合金 AT 7 的应 力腐蚀 裂纹 通 常 源 自点 蚀 孔 底部 . 出版社 , 1 9 9 0 褚武 扬 . 氢 损伤和滞后 断裂 [M l . 北 京 : 冶金 工业 出 版社 , 19 5 5 A SM Iin e m at i o n al H a n d b o o k C o m m i讹e . M e at l s H an d - b o o k , VO I . 13 C o r o s i on 【M ] . A S M I n et m a ti o n a l , 1 9 9 6 A m e ir e an S o e i eyt fo r eT s t i n g an d M at e r i a l s . A S T M ST P 39 7 . Setr s s C o r o s i o n C撇k i n g in T i at n lum [ S ] . U SA : A S T M , 19 6 6 C o t i s R A , H u s a i n 2 . C o or s i o n 一 fat i g u e i n i t iat i o n P or e e s - s e s i n a m ar a g ing s t e e l lJ ] . M e t a l s eT e hn o l o gy, 19 8 2 , 9 : 10 4 S C C S u s e e P t ib iliyt o f ht e iT t an i um A ll o y AT 7 i n A l e o h o l s S o lut i o n 邢U 万n s h u n ’ , , ), , IL 4 N G 万” 9 1` 1 ), C H U OH馆 , ), YU hZ e yn a心 , , 及W G B a ofe ” 9 1, l ) M at e ir a l s S e i e n e e an d Egn i n e e r i n g S e h o o l , nU i v ers ity o f S e ien c e an d eT e hn o 1 o g y B e ij ign . B e ij ign l 0 00 8 3 , C h in a 2 ) B e ij i n g K ey L ab o art o ry of r C o rm s ion , E or s i o n an d S u r af e e S e i e n e e , B e ij i n g 10 00 83 , C h in a 3 ) s h e n y an g L汕访 9 A eor 一 en g i明 G or u P C o pr o art ion , S h e n y an 琴 1 10 0 4 3 , C h in a A B S T R A C T Th e s加 5 5 e o r o s i o n s u s e eP t ib iliyt o f ht e t it ian imt a ll o y T A 7 i n v iar o us a l e oh o l s o l ut i o n s an d ht e C l - i o n e fe e t w er i n v e s it g at e d 妙 u s i n g ht e S SRT t e s t l n g m e t h o d , S E M an ly s i s a n d m e t a ll o gr a Pih e e x am in at i o n . hT e r e s ult s s ho w t hat ht e t it耐帅 a ll o y e Xh ib it s o b v i o u s s u s e e Pt ib ili yt t o S C C i n e t h y l a l e o h o l an d m e ht y l al e o h o l an d b ut m o er s itr ik n g s u s e e P t ib i liyt t o S C C i n 0 . 6% H C I 一 m e t h y l a l e ho o l . S C C e ar e k s o f ht e it at n i um a lloy i n ht e s e s o -lu t i o n s i n iti at e d i n g e n e r a l for m ht e b o t o m o f P it s · K E Y W O R D S S C C s u s e e tP i b ili yt : a l c o ho l s s o llt i o n : t it an lum al loy ; S S RT t e s t ; P it ign c o or s i o n