Проблемы машиностроения и надежности машин, 2021, № 4, стр. 45-49

Сплавы на основе никеля и титана наряду с пластичностью, псевдоупругостью, ферроупругостью обладает рядом уникальных свойств, таких как проявление эффекта “памяти” формы, сверхупругости, изменение модуля упругости, предела текучести в процессе мартенситного превращения, сопровождающегося изменением кристаллической решетки. Также известна высокая коррозионная стойкость сплавов на основе титана в атмосферных условиях. Однако в литературе нет сведений по коррозионному поведению сплавов никелида титана.

Для оценки возможности его применения в качестве соединительных муфт для трубопроводов из разнородных металлических материалов возникла необходимость в определении коррозионной стойкости, как самого сплава, так и материалов соединяемых трубопроводов. Принимая во внимание свойства никелида титана изменять свои объемные параметры при резком изменении температурного воздействия, наряду с определением общей коррозионной стойкости возникла необходимость в изучении склонности к коррозионному растрескиванию.

Материал и методика исследования. Исследование стойкости к общей коррозии и к коррозионному растрескиванию. Коррозионным испытаниям подвергался сплав ТН1-К в состоянии поставки, химический состав которого: Ti – 50%; Ni – 46.8%; Fe – 3.0%; Si – 0.01%; C – 0.005%; N₂ – 0.02%; O₂ – 0.12%; H₂ – 0.001%. На общую коррозию испытывались образцы из прутка диаметром 20 мм.

Оценка склонности сплава ТН1-К к коррозионному растрескиванию проводилась в соответствии с ГОСТ Р 9.905-2007. Испытания проводились на образцах – пластинах размером 112 × 22 мм толщиной 4–5 мм. Торцы образцов фрезеровались механически. Испытания проводились на пяти параллельных образцах. Напряжения создавались методом изгиба образцов при постоянной деформации и составляли 90% от предела текучести основного материала. Исследовались также коррозионная стойкость трубопроводов из разнородных материалов, соединенных муфтой из никелида титана.

Исследование склонности к коррозионному растрескиванию и стойкости к общей коррозии проводилась в средах: 1) при полном погружении в водный раствор 3% NaCl (имитация морской воды); 2) в камере соляного тумана. Режим работы камеры: через каждые 15 мин распыление 3% раствора NaCl в течение 30 с, (имитация атмосферы приморских районов); 3) в условиях 98% относительной влажности воздуха (имитация атмосферы сельских районов); 4) в условиях 98% относительной влажности воздуха при концентрации сернистого газа (SO₂) равной 0.01% (имитация промышленных районов).

Испытания проводились при температуре 20 ± 5°С, время испытаний 90 суток.

Трубопроводы испытывались также в камере тепла и влаги при температуре 60°С и относительной влажности воздуха 98% (имитация тропического климата) в течение 90 суток.

Электрохимические исследования контактных пар. Для определения влияния контактов разнородных материалов через муфту из никелида титана на коррозионную стойкость этих материалов проводились электрохимические исследования. Электрохимические исследования были проведены на сплаве ТН1.

Замерялись контактные токи пар сплава ТН1, со сплавом 12Х18Н10Т, сплавами 36НХТЮ, ВТ-14 и АМг6. Химический состав материалов приведен в табл. 1.

Электрохимические исследования контактной коррозии металлов проводились в растворе 3% NaCl, имитирующем морскую воду. Образцы перед испытаниями зачищались наждачной бумагой, протирались спиртом. Замеры проводились в течение 24 часов. Через 24 часа испытаний образцы очищались от продуктов коррозии, промывались и взвешивались.

Оценка результатов исследований проводилась: по изменению внешнего вида; определением скорости коррозии в соответствии с ГОСТ Р 9.905-2007; определением времени до коррозионного растрескивания образцов; металлографическим анализом (на склонность к межкристаллитной коррозии и поверхностным дефектам типа трещин);

Оценка коррозионной стойкости трубопроводов проводилась: по изменению внешнего вида; по изменению герметичности стыков; металлографическим анализом муфты их никелида титана материала трубопроводов.

Результаты исследований. Общая коррозионная стойкость сплава ТН1-К. Испытания показали (табл. 2), что сплав ТН1-К обладает высокой стойкостью к общей коррозии во всех испытательных средах. Однако, в условиях, имитирующих промышленную атмосферу, скорость коррозии примерно на один порядок выше по сравнению с другими условиями. Внешний вид образцов практически не изменился. Металлографические исследования показали, что межкристаллитная коррозия и поверхностные дефекты типа трещин отсутствуют.

Стойкость к коррозионному растрескиванию. Из табл. 3 видно, что сплав ТН1-К не склонен к коррозионному растрескиванию под напряжением во всех испытательных средах. Внешний вид образцов остался без изменений, видимые продукты коррозии отсутствуют, склонности к межкристаллитной коррозии нет, поверхностных дефектов не обнаружено.

Результаты электрохимических исследований контактных пар. Из табл. 4 видно, что во всех случаях сплав ТН1-К является катодом. Плотность контактного тока в парах ТН1 со сталью 12Х18Н10Т и сплавами 36НХТЮ и ВТ14 незначительна (0.0008–0.0009 мА/см²), скорость коррозии сплава ТН1 даже несколько уменьшается. Заметно увеличивается контактный ток в паре ТН1-АМг6 (0.017 мА/см²). Это объясняется тем, что сплав АМг6 обладает отрицательным потенциалом в 3% растворе NaCl. В этом случае несколько возрастает скорость коррозии сплава ТН1.

Таким образом, приведенные данные позволяют считать неопасным контакт сплава ТН1 со сталью 12Х18Н10Т, и сплавами 36НХТЮ и ВТ14. Контактная пара ТН1-АМг6 является недопустимой и требует дополнительной защиты от коррозии.

Общая коррозионная стойкость трубопроводов, соединенных муфтой из сплава ТН1-К. Из табл. 5, следует, что в атмосфере 98% влажности трубопроводы из стали 12Х18Н10Т и титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-0 остались без изменений. Во всех других более жестких условиях трубопроводы подвергаются коррозионным поражениям. Так, в соединениях 12Х18Н10Т+ОТ4 через муфту из ТН1-К со стороны трубопровода из 12Х18Н10Т под муфтой образовались бурые продукты коррозии.

Можно считать, что причиной их образования является контактная коррозия и наличие зазора. Металлографическим анализом межкристаллической коррозии на трубопроводах из стали и титана, а также на муфтах не обнаружено. Трубопроводы из 12Х18Н10Т и АМг6, соединенные муфтой ТН1-К, также подвергаются коррозионным поражением в 3% растворе NaCl и туманной камере. Муфты со стороны алюминиевых трубопроводов имеют мелкие трещины. Можно предположить, что причиной возникновения трещин является контактная коррозия, которая привела к образованию в зазоре под муфтой большого количества продуктов коррозии алюминия. Известно, что объем продуктов коррозии алюминия значительно больше объема прореагировавшего металла. Это может привести к созданию на краях муфты напряжений, превышающих допустимые, что может привести к появлению надрывов. Другой возможной причиной появления трещин в муфте могли быть внутренние напряжения, превышающие допустимые для никелида титана.

После коррозионных испытаний соединения трубопроводов прошли проверку на герметичность в соответствии с ГОСТ 30703-2001. Давление гелиево-воздушной смеси при испытаниях на герметичность для соединений ОТ4+12Х18Н10Т составляло 6⁺¹ МПа и 2⁺¹ МПа – для соединений 12Х18Н10Т+АМг3. Результаты испытаний показали, что все проверяемые соединения сохранили герметичность. Соединения 12Х18Н10Т+АМг3 через муфту ТН1-К, прошедшие коррозионные испытания в 3% растворе NaCl, проверке на герметичность не подвергались в связи со значительной коррозией алюминиевого трубопровода [7].

Металлографическими исследованиями шлифов, вырезанных из сплава АМг6 в районе зазора между муфтой и трубопроводом, установлено, что с наружной стороны трубопроводов наблюдалась точечная и язвенная коррозия сплава. Максимальная глубина коррозионных поражений алюминиевого сплава после 90 суток испытаний в камере тепла и влаги составляла 0.4 мм.

Выводы. Проведенные коррозионные испытания никелида титана показали, что сплав обладает высокой стойкостью к общей коррозии в морской воде, влажной, промышленной и морской атмосфере (ГОСТ Р 9.905-2007). Сплав склонен к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию в атмосферных и морских условиях. Контакт сплава со сталью 12Х18Н10Т, сплавами 36НХТЮ, ВТ14 и ВТ1-0 является допустимым. Алюминиевые сплавы АМг3 и Амг6 в контакте с ТН1 и ТН1-К требуют дополнительной защиты от коррозии. Трубопроводы из стали 12Х18Н10Т и сплавов ОТ4 и ОТ4-0, соединенные муфтой из никелида титана, сохранили работоспособность при испытаниях в морских и атмосферных условиях. Трубопроводы из алюминиевых сплавов АМг3 и Амг6 в паре с трубопроводами из стали 12Х18Н10Т в этих условиях требуют дополнительной защиты.