航空用6061铝合金恒载荷应力腐蚀行为_何祯.pdf

D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 3 0 2 0 1 1航空用6 0 6 1铝合金恒载荷应力腐蚀行为何 祯1,拜 斌2,张小明1,孟嘉琳1(1.航空工业第一飞机设计研究院,西安 7 1 0 0 0 0;2.海军装备部驻西安地区军事代表局,西安 7 1 0 0 0 0)摘 要:采用恒载荷全浸腐蚀拉伸、断口扫描和室温拉伸等方法研究了拉应力对两种热处理状态6 0 6 1铝合金(6 0 6 1-T 4和6 0 6 1-T 6)应力腐蚀行为的影响。结果表明,在O2和C l-共存环境中,6 0 6 1-T 4铝合金的应力腐蚀敏感性很低,力学性能降低主要受腐蚀介质的电化学腐蚀影响;6 0 6 1-T 6铝合金的应力腐蚀开裂敏感性高于6 0 6 1-T 4铝合金,其应力腐蚀开裂倾向受腐蚀影响为主,力学因素影响为辅;应力腐蚀后,6 0 6 1-T 4和6 0 6 1-T 6铝合金表层腐蚀区域为沿晶脆断,次表层为准解离断裂,中心为穿晶断裂;在腐蚀介质与应力同时作用下,6 0 6 1-T 4铝合金由点蚀发展为晶间腐蚀,并随应力增大变为剥落腐蚀;6 0 6 1-T 6铝合金点蚀不明显,但晶间腐蚀深度随应力增大而加深。关键词:6 0 6 1铝合金;应力腐蚀;恒载荷;热处理状态中图分类号:T G 1 7 2.2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 3)0 2-0 0 6 4-0 6S t r e s s C o r r o s i o n B e h a v i o r o f 6 0 6 1 A l u m i n u m A l l o y f o r A v i a t i o n u n d e r C o n s t a n t L o a dHE Z h e n1,B A I B i n g2,Z HANG X i a o m i n g1,ME NG J i a l i n1(1.AV I C T h e F i r s t A i r c r a f t I n s t i t u t e,X i a n 7 1 0 0 0 0,C h i n a;2.T h e N a v a l A r m a m e n t s D e p a r t m e n t M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e O f f i c e i n X i a n A r e a,X i a n 7 1 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f e c t o f t e n s i l e s t r e s s o n s t r e s s c o r r o s i o n p r o p e r t i e s o f a l u m i n u m a l l o y a t d i f f e r e n t h e a t-t r e a t m e n t s t a t e s(6 0 6 1-T 4 a n d 6 0 6 1-T 6)w e r e s t u d i e d b y m e a n s o f c o n s t a n t l o a d f u l l i mm e r s i o n c o r r o s i o n t e n s i l e,f r a c t u r e s c a n n i n g a n d r o o m t e m p e r a t u r e t e n s i l e m e t h o d s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t i n t h e c o e x i s t e n c e o f O2 a n d C l-,t h e s t r e s s c o r r o s i o n s e n s i t i v i t y o f 6 0 6 1-T 4 a l u m i n u m a l l o y w a s v e r y l o w,a n d t h e d e g r a d a t i o n o f m e c h i n c a l p r o p e r t i e s w a s m a i n l y a f f e c t e d b y t h e e l e c t r o c h e m i c a l c o r r o s i o n o f c o r r o s i v e m e d i u m.T h e s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g s e n s i t i v i t y o f t h e 6 0 6 1-T 6 a l u m i n u m a l l o y w a s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e 6 0 6 1-T 4 a l u m i n u m a l l o y,a n d t h e s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g t e n d e n c y o f t h e 6 0 6 1-T 6 a l u m i n u m a l l o y w e r e m a i n l y a f f e c t e d b y c o r r o s i o n a n d s u p p l e m e n t e d b y m e c h a n i c a l f a c t o r s.T h e s u r f a c e c o r r o s i o n a r e a s o f b o t h a l u m i n u m a l l o y s a f t e r s t r e s s c o r r o s i o n w e r e i n t e r g r a n u l a r b r i t t l e f r a c t u r e,t h e s u b s u r f a c e s w e r e q u a s i-d i s s o c i a t i v e f r a c t u r e,a n d t h e c e n t e r s w e r e t r a n s g r a n u l a r f r a c t u r e.U n d e r t h e s i m u l t a n e o u s a c t i o n o f c o r r o s i v e m e d i u m a n d s t r e s s,t h e c o r r o s i o n o f 6 0 6 1-T 4 a l u m i n u m a l l o y d e v e l o p e d f r o m p i t t i n g c o r r o s i o n t o i n t e r g r a n u l a r c o r r o s i o n,a n d f i n a l l y b e c a m e e x f o l i a t i o n c o r r o s i o n a s t h e s t r e s s i n c r e a s e d.P i t t i n g c o r r o s i o n i n 6 0 6 1-T 6 a l u m i n u m a l l o y w a s n o t o b v i o u s,b u t t h e d e p t h o f i n t e r g r a n u l a r c o r r o s i o n i n c r e a s e d w i t h s t r e s s.K e y w o r d s:6 0 6 1 a l u m i n u m a l l o y;s t r e s s c o r r o s i o n;c o n s t a n t l o a d;h e a t t r e a t m e n t s t a t e 航空铝合金材料追求高力学性能、高耐久性和高比强度1。大部分航空铝合金的抗应力腐蚀开裂(S C C)性能较差,且强度越高的铝合金对应力腐蚀越敏感2-4。应力腐蚀产生的裂纹首先出现在材料表层的缺陷位置,开裂前材料外观一般无明显变化,但裂纹形成后其扩展速率非常快,通常在无预兆的情况下材料突然失效,严重威胁航空武器装备的安收稿日期:2 0 2 1-0 4-0 8通信作者:何 祯(1 9 8 7-),工程师,硕士,从事航空材料腐蚀与防护研究,0 2 9 8 6 8 3 2 2 9 4,h e z h e n 0 4 1 01 6 3.c o m全性和使用寿命。因此,在航天航空领域,研究铝合金的应力腐蚀对于其性能及寿命的提升有着重要意义。常见的铝合金应力腐蚀机理有阳极溶解、氢致开裂和“相变M g-H”三种理论。变形铝合金的应力腐蚀主 要 由 阳 极 溶 解 和 氢 致 开 裂 共 同 导 致5-7。6 0 6 1铝合金属于中等强度的铝合金,具有良好的耐腐蚀性、工艺塑性和焊接性能,而且应力腐蚀敏感性低8-1 0,可以用于航空装备的次承力结构,如保护板、系统管路、法兰盘等部位。应力腐蚀开裂产生的必要条件包括腐蚀介质和拉应力。研究表明O2和46第4 4卷 第2期2 0 2 3年2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 4 N o.2F e b r u a r y 2 0 2 3C l-能够加速铝合金的应力腐蚀开裂1 1-1 2。目前,国内外大量的铝合金应力腐蚀研究多采用慢应变速率法,该方法能够在慢拉伸过程中同时研究其他因素的影响,快速得出材料的应力腐蚀敏感性。恒载荷法是直接模拟零部件可能受到的工作应力或加工应力,定量给出应力腐蚀敏感性的一种方法,它可直接比较不同材料在某种腐蚀介质中抗应力腐蚀性能的优劣9,1 3-1 4。本工 作 采 用 恒 载 荷 法 在3%N a C l+0.5%H2O2溶液中不同恒载荷下,对不同热处理状 态(T 4、T 6)航空6 0 6 1铝合金薄板进行应力腐蚀试验,评价了两种热处理状态6 0 6 1铝合金薄板在低于7 5%屈服强度下的耐应力腐蚀性能。1 试验1.1 试验材料试验材料选择国产商用6 0 6 1铝合金薄板,供货厚度为2 mm,其化学成分如表1所示。对6 0 6 1铝合金薄板进行热处理,具体热处理制度如下:T 4态,(5 3 05 7 5)3 0 m i n+自然时效;T 6态,(5 3 05 7 5)3 0 m i n+水淬+(1 5 01 7 0)(1 62 0)h。表1 6 0 6 1铝合金的化学成分T a b.1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f 6 0 6 1 a l u m i n u m a l l o y元素M gS iC uC rF eT iM nZ n其他单个合计A l质量分数/%0.8 01.2 0 0.4 00.8 0 0.1 50.4 0 0.0 40.3 50.7 00.1 50.1 50.2 50.0 50.1 5余量1.2 应力腐蚀试验依据航空工业标准H B 5 2 5 4-1 9 8 3 变形铝合金拉伸应力腐蚀 试验方法 对两种热处理状态的铝合金(6 0 6 1-T 4和6 0 6 1-T 6)进行应力腐蚀试验(恒载荷全浸腐蚀拉伸)。将上述6 0 6 1-T 4和6 0 6 1-T 6铝合金加工成拉伸试样,尺寸如图1所示,试样厚度为1.8 mm。图1 应力腐蚀拉伸试样的尺寸F i g.1 S i z e o