Влияние скорости деформирования на механические свойства и характер разрушения сплава AZ31 и технически чистого магния, предварительно выдержанных в коррозионной среде
- Авторы: Мерсон Е.Д.1, Полуянов В.А.1, Мягких П.Н.1, Мерсон Д.Л.1
-
Учреждения:
- Тольяттинский государственный университет, Тольятти
- Выпуск: № 3 (2023)
- Страницы: 71-82
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/870
- DOI: https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-7
- ID: 870
Цитировать
Аннотация
Магниевые сплавы являются перспективными материалами для использования в авиации, автомобилестроении и медицине, однако, вследствие низкой стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН), область их применения ограничена. Для создания сплавов, обладающих высокой стойкостью к КРН, требуется всестороннее изучение природы этого явления. Ранее было высказано предположение, что важную роль в механизме КРН может играть диффузионно-подвижный водород и продукты коррозии, образующиеся на поверхности магния. Однако вклад каждого из этих факторов в охрупчивание магния и его сплавов, вызванное КРН, мало изучен. Поскольку влияние диффузионно-подвижного водорода на механические свойства металлов усиливается с уменьшением скорости деформирования, актуальной задачей является исследование скоростной чувствительности восприимчивости сплавов магния к КРН. В настоящей работе исследовались технически чистый магний в литом состоянии и сплав AZ31: изучалось влияние скорости деформирования в диапазоне от 5·10−6 до 5·10−4 с−1 на механические свойства, состояние боковой поверхности и излома материалов до и после выдержки в коррозионной среде и после удаления продуктов коррозии. Установлено, что предварительная выдержка в коррозионной среде приводит к охрупчиванию сплава AZ31, но не влияет на механические свойства и характер разрушения чистого магния. Обнаружено, что охрупчивание сплава AZ31, вызванное предварительной выдержкой в коррозионной среде, проявляется в полной мере только при низкой скорости деформирования и только в том случае, если на поверхности образцов присутствует слой продуктов коррозии. Показано, что изменение скорости деформирования оказывает незначительное влияние на свойства чистого магния. Сделан вывод о том, что основной причиной охрупчивания сплава AZ31 после выдержки в коррозионной среде является слой продуктов коррозии, который, предположительно, содержит охрупчивающие агенты, такие как водород и остаточная коррозионная среда.
Об авторах
Евгений Дмитриевич Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Автор, ответственный за переписку.
Email: Mersoned@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7063-088X
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий
РоссияВиталий Александрович Полуянов
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Email: vitaliy.poluyanov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0570-2584
кандидат технических наук, младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий
РоссияПавел Николаевич Мягких
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Email: feanorhao@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7530-9518
младший научный сотрудник НИИ прогрессивных технологий
РоссияДмитрий Львович Мерсон
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Email: D.Merson@tltsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5006-4115
доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ прогрессивных технологий
РоссияСписок литературы
- Yu Z., Chen J., Yan H., Xia W., Su B., Gong X., Guo H. Degradation, stress corrosion cracking behavior and cytocompatibility of high strain rate rolled Mg-Zn-Sr alloys // Materials Letters. 2020. Vol. 260. Article number 126920. doi: 10.1016/j.matlet.2019.126920.
- Zhang X., Wu W., Fu H., Li J. The effect of corrosion evolution on the stress corrosion cracking behavior of mooring chain steel // Corrosion Science. 2022. Vol. 203. Article number 110316. doi: 10.1016/j.corsci.2022.110316.
- Song Y., Liu Q., Wang H., Zhu X. Effect of Gd on microstructure and stress corrosion cracking of the AZ91-extruded magnesium alloy // Materials and Corrosion. 2021. Vol. 72. № 7. P. 1189–1200. doi: 10.1002/maco.202112294.
- Peron M., Bertolini R., Ghiotti A., Torgersen J., Bruschi S., Berto F. Enhancement of stress corrosion cracking of AZ31 magnesium alloy in simulated body fluid thanks to cryogenic machining // Jounal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2020. Vol. 101. Article number 103429. doi: 10.1016/j.jmbbm.2019.103429.
- Merson E., Myagkikh P., Poluyanov V., Merson D., Vinogradov A. On the role of hydrogen in stress corrosion cracking of magnesium and its alloys: Gas-analysis study // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 748. P. 337-346. doi: 10.1016/j.msea.2019.01.107.
- Chakrapani D.G., Pugh E.N. Hydrogen embrittlement in a Mg-Al alloy // Metallurgical Transactions A. 1976. Vol. 7. № 2. P. 173–178. doi: 10.1007/BF02644454.
- Merson E., Poluyanov V., Myagkikh P., Merson D., Vinogradov A. On the role of pre-exposure time and corrosion products in stress-corrosion cracking of ZK60 and AZ31 magnesium alloys // Materials Science and Engineering A. 2021. Vol. 806. Article number 140876. doi: 10.1016/j.msea.2021.140876.
- Stampella R.S., Procter R.P.M., Ashworth V. Environmentally-induced cracking of magnesium // Corrosion Science. 1984. Vol. 24. № 4. P. 325–341. doi: 10.1016/0010-938X(84)90017-9.
- Choudhary L., Singh Raman R.K. Magnesium alloys as body implants: Fracture mechanism under dynamic and static loadings in a physiological environment // Acta Biomaterialia. 2012. Vol. 8. № 2. P. 916–923. doi: 10.1016/j.actbio.2011.10.031.
- Bobby Kannan M., Dietzel W. Pitting-induced hydrogen embrittlement of magnesium-aluminium alloy // Materials and Design. 2012. Vol. 42. P. 321–326. doi: 10.1016/j.matdes.2012.06.007.
- Jafari S., Raman R.K.S., Davies C.H.J. Stress corrosion cracking of an extruded magnesium alloy (ZK21) in a simulated body fluid // Engineering Fracture Mechanics. 2018. Vol. 201. P. 47–55. doi: 10.1016/j.engfracmech.2018.09.002.
- Cai C., Song R., Wen E., Wang Y., Li J. Effect of microstructure evolution on tensile fracture behavior of Mg-2Zn-1Nd-0.6Zr alloy for biomedical applications // Materials and Design. 2019. Vol. 182. Article number 108038. doi: 10.1016/j.matdes.2019.108038.
- Jiang P., Blawert C., Bohlen J., Zheludkevich M.L. Corrosion performance, corrosion fatigue behavior and mechanical integrity of an extruded Mg4Zn0.2Sn alloy // Journal of Materials Science and Technology. 2020. Vol. 59. P. 107–116. doi: 10.1016/j.jmst.2020.04.042.
- Prabhu D.B., Nampoothiri J., Elakkiya V., Narmadha R., Selvakumar R., Sivasubramanian R., Gopalakrishnan P., Ravi K.R. Elucidating the role of microstructural modification on stress corrosion cracking of biodegradable Mg–4Zn alloy in simulated body fluid // Materials Science and Engineering C. 2020. Vol. 106. Article number 110164. doi: 10.1016/j.msec.2019.110164.
- Chen K., Lu Y., Tang H., Gao Y., Zhao F., Gu X., Fan Y. Effect of strain on degradation behaviors of WE43, Fe and Zn wires // Acta Biomaterialia. 2020. Vol. 113. P. 627–645. doi: 10.1016/j.actbio.2020.06.028.
- Merson E., Poluyanov V., Myagkikh P., Merson D., Vinogradov A. Effect of strain rate and corrosion products on pre-exposure stress corrosion cracking in the ZK60 magnesium alloy // Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 830. Article number 142304. doi: 10.1016/j.msea.2021.142304.
- Safyari M., Moshtaghi M., Kuramoto S. Effect of strain rate on environmental hydrogen embrittlement susceptibility of a severely cold-rolled Al–Cu alloy // Vacuum. 2020. Vol. 172. Article number 109057. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.109057.
- Momotani Y., Shibata A., Terada D., Tsuji N. Effect of strain rate on hydrogen embrittlement in low-carbon martensitic steel // International journal of hydrogen energy. 2017. Vol. 42. № 5. P. 3371–3379. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.09.188.
- Kappes M., Iannuzzi M., Carranza R.M. Pre-exposure embrittlement and stress corrosion cracking of magnesium alloy AZ31B in chloride solutions // Corrosion. 2014. Vol. 70. № 7. P. 667–677. doi: 10.5006/1172.
- Merson E., Poluyanov V., Myagkikh P., Merson D., Vinogradov A. Effect of Air Storage on Stress Corrosion Cracking of ZK60 Alloy Induced by Preliminary Immersion in NaCl-Based Corrosion Solution // Materials. 2022. Vol. 15. № 21. Article number 7862. doi: 10.3390/ma15217862.
- Atrens A., Shi Z., Mehreen S.U., Johnston S., Song G.L., Chen X., Pan F. Review of Mg alloy corrosion rates // Journal of magnesium and alloys. 2020. Vol. 8. № 4. P. 989–998. doi: 10.1016/j.jma.2020.08.002.
- Lynch S.P., Trevena P. Stress corrosion cracking and liquid metal embrittlement in pure magnesium // Corrosion. 1988. Vol. 44. № 2. P. 113–124. doi: 10.5006/1.3583907.