關(guān)于5083與SA30鋁合金應(yīng)力腐蝕行為對比的研究
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作者：張毅
本試驗通過對比兩種不同鎂含量鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感性，研究合金成分對鋁一鎂合金應(yīng)力腐蝕行為的影響。
1 材料及試驗
1.1材料準(zhǔn)備
試驗材料為5083和5A30鋁合金擠壓型材，其實測化學(xué)成分如表1所示。為提高鋁一鎂合金的強度，將5083和5A30鋁合金擠壓型材進行了預(yù)拉伸均勻變形，預(yù)拉伸變形量為l0%，然后在2200C穩(wěn)定化退火2h。
1.2顯微組織觀察
金相組織觀察在光學(xué)顯微鏡上進行，浸蝕劑為1%氫氟酸(HF)+1.5%鹽酸(HCl)+2.5%硝酸( HN03) +95%（質(zhì)量分數(shù)）水的混合酸溶液。TEM顯微組織觀察在H-800透射電子顯微鏡上進行，加速電壓為200 kV。
1.3電化學(xué)測試
切取預(yù)拉伸變形后經(jīng)退火的片狀拉伸樣品，經(jīng)過打磨、機械拋光、蒸餾水沖洗、無水乙醇脫脂、非工作表面用環(huán)氧樹脂封涂，有效面積約1cm2，晾干備用。極化曲線測試采用三電極測試體系，其中工作電極為待測合金樣品，對比電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，為提高電極電位的精度，試驗中引入鹽橋，電解液的質(zhì)量分數(shù)為3. 5%的NaC1溶液。
1.4慢應(yīng)變速率拉伸測試
沿型材縱向（擠壓軸向）切取應(yīng)力腐蝕試樣，試樣按國家標(biāo)準(zhǔn)CB/T 15970.4- 2000標(biāo)準(zhǔn)進行加工，對工作段標(biāo)距長25mm、寬6 mm、厚3 mm的矩形試樣進行SSRT測試。試樣用600#-1000#砂紙打磨，然后用丙酮清洗，再用蒸餾水清洗并吹干，用氯丁橡膠封閉非工作段表面。安裝試樣后施加約150 N的預(yù)加載荷以消除減速齒輪、夾具等的間隙，應(yīng)變速率為3. 33×10-6S-1，環(huán)境分別為空氣和質(zhì)量分數(shù)為3. 5%的NaCl溶液。儀器自動記錄整個應(yīng)力腐蝕拉伸過程數(shù)據(jù)，試樣斷裂后迅速取下，用蒸餾水沖洗斷口，再放在丙酮中用超聲波清洗，吹干后放入干燥皿中，在HitaChi S-3400N掃描電鏡進行斷口形貌分析，加速電壓為20 kV。
2 結(jié)果與討論
2.1 顯微組織形貌對比
5083和5A30鋁合金型材的金相顯微組織如圖1所示。室溫下合金主要相組成物為a( A1)、β( M9s A18)、(FeMn) Al6、Mg2Si，基體晶粒呈扁平狀，晶粒明顯沿擠壓方向有伸長變形，B相在伸長的晶粒內(nèi)部及晶界均有析出，沿擠壓方向發(fā)生伸長變形，第二相在晶內(nèi)及晶界均有析出。5A30鋁合金的組織較5083鋁合金的更均勻，晶粒尺寸更小，而析出相B數(shù)量多，因此5A30鋁合金的抗拉強度及伸長率均比5083鋁合金的高。
5083和SA30鋁合金型材的TEM形貌如圖2所示。由圖可見，SA30鋁合金的晶內(nèi)析出相B含量明顯多于5083鋁合金，且B相尺寸更細小，分布更均勻，這與OM分析結(jié)果是一致的。同時，SA30鋁合金的晶界析出相β含量也多于5083鋁合金，β相更趨于網(wǎng)狀連續(xù)分布。
2.2 陽極極化行為對比
5083和5A30鋁合金的陽極極化曲線如圖3所示。測得5083鋁合金的自腐蝕電位為-0.766V，而SA30鋁合金的自腐蝕電位為-0. 811V，5083鋁合金的自腐蝕電位高于SA30鋁合金的，因此更耐蝕。這表明在同樣的預(yù)拉伸變形及退火條件下，隨著鎂含量的增加，鋁．鎂合金型材的自腐蝕電位下降，耐腐蝕能力下降。
2.3慢應(yīng)變速率拉伸應(yīng)力．應(yīng)變曲線對比
將5083和SA30鋁合金試樣分別在空氣中和質(zhì)量分數(shù)為3. 50-/0的NaCI溶液中進行SSRT試驗，應(yīng)變速率為3. 33×10-6 S-I，應(yīng)力，應(yīng)變曲線如圖4所示。由圖4可見試樣在溶液中的伸長率明顯低于空氣中的，抗拉強度也比空氣中的有不同程度的降低，這說明5083和SA30鋁合金在質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液中具有應(yīng)力腐蝕敏感性。
為了表征合金在w( NaCl)=3.5%的NaCl溶液中的SCC敏感性，定義應(yīng)力腐蝕指數(shù)ISSRT。應(yīng)力腐蝕指數(shù)ISSRT是將SSRT試驗所獲得的各項力學(xué)性能指標(biāo)進行數(shù)學(xué)處理的結(jié)果，與單項力學(xué)性能指數(shù)相比能更好地反映應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性，常作為應(yīng)力腐蝕的重要判據(jù)，計算式為：
式中：
一般地，0 <ISSRT<1，隨該指數(shù)增加，意味著SCC敏感性增加。
ISSRT計算結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，雖然SA30鋁合金在空氣中的抗拉強度及伸長率均比5083鋁合金的高，但5083鋁合金在溶液中的伸長率反而略高于SA30鋁合金的，SA30鋁合金的ISSRT值比5083鋁合金的高得多，表明SA30鋁合金具有更強的應(yīng)力腐蝕敏感性。鋁合金的成分影響氧化膜的厚度，在相同環(huán)境條件下，低鎂鋁合金的氧化膜要比高鎂鋁合金的厚，因為在腐蝕的過程中，溶解反應(yīng)和成膜反應(yīng)是同時進行的，但β相的溶解比基體的氧化快得多，故β相數(shù)量多，生成的氧化膜層薄。隨著鎂含量的增加，第二相β相數(shù)目增多，故鎂含量越高，合金的耐蝕性越差。5A30鋁合金的鎂含量較5083鋁合金的高，因此耐蝕性差，這與兩者的自腐蝕電位差別是相對應(yīng)的。
2.3 SSRT斷口形貌對比
5083和5A30鋁合金在空氣中均發(fā)生韌性斷裂，拉伸斷口為典型的韌窩型斷口。但在w( NaC1)=3. 5%的NaCI溶液中SSRT拉伸時，斷口表面平齊，斷口形貌如圖5所示。由圖5可見，5083鋁合金斷口呈現(xiàn)混合型斷裂形貌，邊緣處可觀察到準(zhǔn)解理特征，而SA30鋁合金斷口呈現(xiàn)局部沿晶界或相界開裂形貌，SA30鋁合金脆斷特征更明顯。這表明SA30鋁合金具有較強的SCC敏感性，這主要是由于Mg的偏析作用，大量B相在晶界析出，并呈網(wǎng)狀連續(xù)分布，且B相脆性較高，容易引起沿晶脆性斷裂。
3 結(jié)論
1)5083和5A30鋁合金在w( NaCI) =3.5%的NaCI溶液中慢應(yīng)變速率拉伸時，其伸長率明顯低于在空氣中的，兩種鋁合金都具有應(yīng)力腐蝕敏感性。
2)5A30鋁合金在空氣中的抗拉強度及伸長率均比5083鋁合金的高，但5A30鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)(ISSRT)比5083鋁合金高得多，SA30鋁合金具有更強的應(yīng)力腐蝕敏感性。
3)隨著鎂含量的增加，鋁．鎂合金的自腐蝕電位下降，β相在晶界析出增多，并呈網(wǎng)狀連續(xù)分布，容易引起沿晶脆性斷裂。
4摘要：采用慢應(yīng)變速率拉伸( SSRT)測試了5083和SA30鋁合金型材的應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)敏感性，對比研究了兩種合金的自腐蝕電位、顯微組織及斷口形貌。結(jié)果表明，兩種鋁合金在質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCI溶液中都具有SCC敏感性；5A30鋁合金在空氣中的抗拉強度及伸長率均比5083鋁合金的高，但SA30鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)(ISSRT)比5083鋁合金的高得多，SA30鋁合金具有更高的應(yīng)力腐蝕敏感性；隨著鎂含量的增加，鋁合金的自腐蝕電位下降，B相在晶界析出增多，并呈網(wǎng)狀連續(xù)分布，容易引起沿晶SCC。
