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海洋气候下TC18钛合金接触腐蚀性能研究

王晴晴  
【摘要】:如今,交通运输已经在全球范围进行,考虑时间、效率、经济问题,飞机将在运输行业中占据重要地位。TC18钛合金是一种新型α+β两相高强度钛合金,具有强度高、塑性好和可焊接等优点,广泛用于制造飞机的发动机或其结构零件。300M钢和30CrMnSiNi2A钢是我国航空工业中广泛使用的中碳低合金超高强度钢,具有优良的塑性、韧性和抗疲劳、断裂性能,主要用于制造飞机起落架等受力结构件。7050铝合金和7475铝合金都属于Al-Zn-Mg-Cu系合金,现被广泛应用于飞机的许多重要部件上。17-7PH不锈钢(0Cr17Ni7Al)属沉淀硬化高强不锈钢,耐蚀性强,可提高飞机的使用寿命,缩短维修期。TC18钛合金电位较正,在腐蚀环境下与其他材料(如结构钢及铝合金)接触时会引起其他材料的加速腐蚀,而腐蚀将会严重威胁到整机服役的安全性。因此,研究海洋大气环境中TC18钛合金与其他金属的接触腐蚀及其防护尤为重要,这将为其应用提供理论依据。 本文研究了在海南和青岛不同的海洋大气环境下5种材料经不同表面处理后与TC18钛合金暴晒1年后的接触腐蚀情况,将300M钢、30CrMnSiNi2A钢、7050铝合金、7475铝合金和17-7PH不锈钢的暴晒试样和未暴晒试样(对比试样)分别进行拉伸、疲劳性能测试,用统计分析方法对试验数据进行显著性检验,并从微观组织、腐蚀程度、表面腐蚀形貌和断口形貌上分析所测量的试验结果。另外,分析漆层和胶结在海洋大气腐蚀环境中对材料接触腐蚀的防护作用与效果,以及材料的断裂机理。研究结果如下: 海洋性大气环境暴晒1年对300M钢、30CrMnSiNi2A钢、7475铝合金、17-7PH不锈钢的抗拉强度无显著性影响,但经T检验分析,对7050铝合金的抗拉强度有显著性影响。300M钢、30CrMnSiNi2A(?)冈和17-7PH不锈钢的拉伸断口都属于空洞聚集断裂机理。7050铝合金和7475铝合金的拉伸断口都属于微孔聚集和延性断裂混合断裂机理。 300M钢试样无论装配与否在海南海洋大气环境下的腐蚀比在青岛的腐蚀略微严重,从而导致海南试样的疲劳寿命有显著性降低,而青岛试样的疲劳寿命没有显著变化。暴晒1年后30CrMnSiNi2A钢试样几乎未被腐蚀,其疲劳寿命也没有降低,说明磷化层和漆层能有效防止30CrMnSiNiA (?)冈的大气腐蚀和接触腐蚀。7050铝合金和7475铝合金的试样经海洋大气暴晒后不涂漆试样表面点蚀较均匀,但其与TC18钛合金连接处的腐蚀较为集中且生成灰白色粉末状腐蚀产物,涂漆试样表面没有明显的腐蚀痕迹,无论涂漆与否、装配与否,海洋大气腐蚀对2种铝合金的疲劳寿命都有显著影响。但涂漆试样的疲劳寿命降低的较少,说明涂漆可在一定程度上防止大气腐蚀和电偶腐蚀。17-7PH不锈钢无论涂漆、胶结装配与否,其在青岛和海南海洋性大气环境下暴晒并没有对疲劳寿命造成影响,表明17-7PH不锈钢耐海洋大气腐蚀性能很好。 与TC18钛合金偶接金属的疲劳裂纹均起源于试样表面腐蚀区。C1、S和0元素对材料的腐蚀占主要地位。海洋大气腐蚀对所有材料的扩展区和瞬断区没有影响。300M钢疲劳扩展区呈人字形花样,有大量明显的断断续续的疲劳辉纹,而且二次裂纹较多,另外,扩展区还存在小刻面,有准解理断裂特征。30CrMnSiNi2A钢疲劳扩展区存在二次裂纹,瞬断区呈韧窝特征,这是由空洞聚集引起的。7050、7475铝合金的扩展区疲劳辉纹明显而且有规则;瞬断区可以观察到韧窝和准解理台阶,属于准解理和空洞聚集混合断裂机理。17-7PH不锈钢的疲劳裂纹扩展区存在小刻面,表现准解理断裂特征;裂纹扩展近区有大量细小不规则的疲劳条纹,而扩展远区的疲劳条纹却变得长、明显而有规则;瞬断区为大而深的韧窝特征,它是由第二相引起的微孔聚集形成的。


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