The stress corrosion cracking mechanism of α-titanium alloys at room temperature

The role of H in causing rapid transgranular s.c.c. in α-Ti alloys is discussed in detail inrelation to the hypothesis that H enters the unfilmed surface at the crack tip and causes slow strain-rate embrittlement. The protective role of cathodic protection in neutral solutions, the relatively slow rate of H diffusion and similar cracking in media that do not contain H are each discussed. The ratio of activating to passivating species in the environment is important in promoting film formation and accounts for the protective effect of cathodic polarization. It is not effective in non-film-forming conditions. Fractographic comparison with hydrided specimens indicates that some form of “long range” effect is possible, i.e. rapid fracture can occur into regions that do not contain large amounts of hydrogen. Results in CCI4 suggest that the residual H2O content (200 ppm) is responsible for cracking. In CH3OH-HCI environments the degree of embrittlement increases as the strain-rate is lowered. Evidence for H embrittlement is provided by (i) pre-exposed unstressed specimens which exhibit cleavage to considerable depths when subsequently broken in air, an effect that can be removed by an intermediate baking treatment, (ii) quantitative fractographic measurements of specimens anodically polarized in CH2OH-HCI, in which the cleavage markings obtained upon subsequent. fracture in air are not seen if the dissolving front progresses at a rate comparable to H diffusion, and (iii) fractographic comparisons with broken hydrided specimens. Physical, mechanical and chemical aspects of the mechanism are considered. On examine le rôle de H dans la corrosion sous tension d'alliage de Ti-α compte tenu de l'hypothèse de la pénétration de H dans le métal nu du fond de la fissure et de la fragilisation résultante Le rôle préservateur de la protection cathodique en solutions neutres, la vitesse de diffusion relativement lente de He et les fissurations similaires dans des milieux exempts de H sont discutés. La proportion relative des espèces activantes et passivantes dans la solution détermine la possibilité de formation d'une pellicule et l'efficacité d'une polarisation cathodique. Une comparaison fractographique avec des échantillons hydrogénés indique la possibilité d'un effet à longue portée, c.à.d. d'une rupture rapide dans des régions peu chargées en H. Dans CCI4, les résultats suggèrent que la teneur résiduelle en H2O (200 ppm) est responsable de la fissuration. Dans CH, OH-HCI le degré de fragilisation croit quand diminue la vitesse de la sollicitation. La fragilisation par H est démontrée par: (i) des échantillons non-contraints pré-exposés qui, par subséquente cassure à l'air, présentent de profondes failles; cet effet peut être éliminé par un recuit intermédiaire; (ii) les déterminations fractographiques quantitatives sur des échantillons polarisés anodiquement dans CH, OH-HCI dans lesquels les failles obtenues après cassure subséquente à l'air ne sont pas visibles si le front de dissolution progresse à un rythme comparable à celui de la diffusion de H, et (iii) des comparaisons fractographiques ave des échantillons hydrogénés rompus. On considère les aspects physique, mécanique et chimique du mécanisme. Die Mitwirkung von Wasserstoff bei der Ausbildung schneller transkristallinerRisse in Ti-Legierungen wird unter der Annahme diskutiert, da Wasserstoff an der unbedeckten Metalloberfläche an der Rißspitze in das Metallgitter eintreten and eine dehnungsgeschwindigkeits abhängige Versprödung bewirken kann. Die Möglichkeit des kathodischen Schutzes von Ti in neutralen Lösungen, die relativ geringe Geschwindigkeit der Wasserstoffdiffusion und das Auftreten innerer Bruchvorgänge in wasserstoffreien Medien werden diskutiert. Das Verhältnis von aktivierenden zu passivierenden Komponenten in der angreifenden Lösung ist für die Ausbildung der Oxidschicht von Bedeutung und entscheidet über die Möglichkeit von kathodischem Schutz. Dieser Einflu fehlt, wenn keine Filmbildung eintritt. Ein fraktografischer Vergleich mit hydrierten Proben zeigt, daß ein gewisser weitreichender Effekt möglich ist. Insbesondere kann der Bruch schnell in Bereiche vordrigen, die selbst keine gröeren Wasserstoffmengen enthält. Ergebnisse in CCI, führen zu der Annahme, daß Restgehalte an H2O (200 ppm) für die Rißbildung verantwortlich sind. In CH3OH/HCl steigt der Versprödungsgrad an, wenn die Dehngeschwindigkeit herabtesetzt wird. Ein Beweis für die Wasserstoffversprödung wird gegeben durch (i) das Auftreten von Brüchen bei der Belastung von Proben an Luft, die zuvor ohne Spannung einem angreifenden Medium ausgesetzt war; (ii) fraktographische Messungen an Proben, die anodisch in CH3OH/HCI polarisiert waren, wobei die Ausdehnung des Bruchs bei nachfolgender Dehnung in Luft in keinem Verhältnis zur Geschwindigkeit der Wasserstoffdiffusion steht; (iii) fraktographischen Vergleich mit gebrochenen hydrierten Proben. Die physikalischen, mechanischen und chemischen Gesichtspukte werden betrachtet.