Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

Корозійно-стійкі

Корозія металів. Захист від корозії

Корозія - це поверхневе руйнування металу під впливом навколишнього середовища. Розрізняють хімічну та електрохімічну корозію.

Хімічна корозія не пов'язана з перенесенням електричного заряду (наприклад, окислення металу при нагріванні).

Більшість металів руйнується в результаті електрохімічної корозії, яка розвивається в присутності електролітів - розчинів кислот, лугів і солей. Електрохімічна корозія може бути атмосферної (у вологому повітрі), грунтової, вона розвивається в морській воді і т.п. У присутності електроліту виникає безліч мікрогальваніческіх елементів (пар), в яких ділянки зі зниженим електрохімічним потенціалом є анодами і розчиняються. Це означає, що в певній агресивному середовищі корозії не піддаються метали, що мають але відношенню до неї більш високий позитивний електрохімічний потенціал. В атмосфері позитивним електрохімічним потенціалом володіють Pt, Au, Ag, Cu, Ni, Со і деякі інші метали. Вони, отже, не піддаються корозії. Електрохімічний потенціал Fe, Cr, Zn, Al та інших негативний, вони піддаються корозії на повітрі.

Якщо структура металу однорідна (наприклад, однорідний твердий розчин), то спостерігається рівномірна корозія по всій його поверхні. При неоднорідною, багатофазної структурі металу корозія розвивається локально внаслідок того, що на поверхні виникають ділянки з різним електрохімічним потенціалом, що утворюють мікрогальваніческіе пари. Як зазначалося вище, ділянки зі зниженим потенціалом є анодом і розчиняються. Такий вид корозії найбільш небезпечний, так як області, прилеглі до розчиненим ділянкам, є концентраторами напружень, що значно знижує механічні властивості металу.

Існує кілька способів захисту металів від корозії:

  • 1. Пасивування - створення на поверхні металу міцної оксидної плівки, непроникною для кисню повітря.
  • 2. Застосування однофазних сплавів. Різні фази сплаву володіють, як правило, різними електрохімічними потенціалами. Це призводить до того, що в агресивному середовищі фази утворюють велектролітичні пару, в результаті чого відбувається руйнування металу.
  • 3. Зменшення поверхні взаємодії з агресивним середовищем. З цією метою проводять полірування поверхні виробу. Чим менше шорсткість поверхні, тим менше її площа, тим більше стійкість вироби проти корозії.

Стали, стійкі проти корозії

Оксиди заліза (Fe2O3) утворюють пухку плівку, щоб забезпечити належну проникненню вглиб кисню повітря, вона не захищає метал від корозії. Корозійна стійкість сталей досягається легуванням сталей хромом або хромом спільно з нікелем. Залежно від наявності легуючих компонентів і рівня легування стали набувають різну структуру. По структурній класу вони діляться на ферритні, перлітні, мартенситні і аустенітні - в залежності від структури зразків після нагріву сталей в область аустеніту і охолодження на спокійному повітрі.

Хромисті стали

Хром в повітряному середовищі має негативний електрохімічний потенціал, однак має високу корозійну стійкість за рахунок виникнення на поверхні під дією кисню повітря щільною і міцної плівки оксиду хрому Cr2O3. Вона перешкоджає проникненню вглиб металу кисню повітря, в результаті чого процес корозії в атмосфері припиняється.

При легуванні хромом корозійна стійкість досягається також за рахунок підвищення електрохімічного потенціалу. Це відбувається не поступово, а стрибкоподібно. Корозійна стійкість з'являється при вмісті хрому в сталях в кількості 12% відповідно до правилом "Ν / 8". Воно полягає в наступному: якщо метал, що не володіє стійкістю проти корозії, легувати стійким проти корозії металом, що створює з першим твердий розчин, то його вплив, тобто корозійна стійкість, виявляється стрибкоподібно при введенні 1/8, 2/8. ..N / 8 благаючи. Для хрому ця величина складає приблизно 12% мас. При його меншому вмісті значення електрохімічного потенціалу залишається постійним і низьким (рис. 10.3).

Вплив хрому на електрохімічний потенціал стали

Мал. 10.3. Вплив хрому на електрохімічний потенціал стали

Введення хрому в сталь зміщує лінії діаграми стану "Fe - Fe3C". Так, точка S, що характеризує евтектоїдних концентрацію вуглецю, зміщена до його меншим значенням (рис. 10.4). Легування хромом, мають кубічну об'ємно-центровану грати (таку ж, як у Feα), розширює в сплавах системи "Fe - Cr" область існування фериту, звужуючи аустенитную область (рис. 10.5).

Хромисті стали, стійкі проти корозії (нержавіючі), в залежності від вмісту хрому можна розділити на дві групи.

В першу входять стали, леговані хромом на рівні 1/8 благаючи - -13% Cr: 12X13, 20X13, 30X13, 40X13. У зв'язку зі зміною положення точки 5, доевтектоїдної є тільки стали з низьким вмістом вуглецю - 12X13

Вплив хрому на зміщення ліній діаграми стану

Мал. 10.4. Вплив хрому на зміщення ліній діаграми стану

Діаграма стану системи "Fe - Cr"

Мал. 10.5. Діаграма стану системи "Fe - Cr"

і 20X13 (їх структура в відпаленого стані - ферит і перліт), сталь 30X13 - евтектоїдна (структура - перліт), а сталь 40X13 - заевтектоідних (структура - перліт, цементит і карбіди хрому) (див. рис. 10.4).

Стали 12X13 і 20X13 пластичні, мають невисоку міцність і твердість. Їх використовують для лопаток парових і гідравлічних турбін, компресорів, клапанів гідравлічних пристроїв і т.п.

Підвищення концентрації вуглецю в сталях цієї групи призводить до збільшення твердості і міцності, але зниження пластичності. При цьому знижується і корозійна стійкість в зв'язку з тим, що концентрація хрому в твердому розчині стає нижче 12%, так як частина його витрачається на освіту хромистого карбіду (Сг23С6). I (оетому для сталей з підвищеним вмістом вуглецю (0,3 ... 0,4%) необхідна термічна обробка з метою збагачення хромом твердого розчину. Стали 30X13 і 40X13 піддають загартуванню від температури 1000 ... 1100 ° С (при такій температурі карбіди хрому розчиняються в аустените). Структура сталей після гарту - мартенсит, це стали мартенситного класу. Остаточні властивості формуються низьким відпусткою (~ 200 ° С). після термічної обробки стали мають гарну корозійну стійкість і порівняно високу твердість (приблизно 40 HRC - сталь 30X13 і 50 HRC - сталь 40X13), що дозволяє використовувати їх для хірургічних інструментів, пружних елементів і т.п.

До другої групи належать стали, леговані на рівні 2/8 благаючи - 25 ... 30% Сг (наприклад, сталь 12X28), що володіють більш високим електрохімічним потенціалом і тому більшою корозійну стійкість. Сталь 12X28 відноситься до феритного класу. Вона не зазнає поліморфного а у перетворення (область аустеніту звужена, і в структурі сталей, що містять понад 16% хрому, його немає, див. Рис. 10.5), зберігаючи аж до початку плавлення структуру фериту (твердий розчин хрому в а-залозі), тому її не можна зміцнити. Оскільки подрібнення зерна шляхом перекристалізації неможливо, сталь має грубозернисту структуру і знижену міцність.

Стали з вмістом хрому 25 ... 28% стійкі проти корозії в азотній кислоті, в слабких розчинах соляної кислоти і ряді інших кислот, їх використовують для виготовлення апаратури, що працює в цих середовищах.

Хромонікелеві стали

Стали цієї групи леговані хромом і нікелем на рівні 2/8 благаючи.

Нікель має кристалічну решітку ГЦК, аналогічну решітці Fcγ, тому легування нікелем розширює область існування аустеніту (рис. 10.6).

Найбільш широко використовуються хромонікелеві стали марок 12Х18Н9 і 12X18II9T (~ 0,12% С, - 18% Cr, - 9% Ni і <0,7% Ti). Структура цих сталей - аустеніт як при цехової температурі (температура Mн - негативна), так і при нагріванні, тобто вони не зазнають поліморфного перетворення. Стали відносяться до аустенітного класу. Вироби з цих сталей піддають термічній обробці, але не з метою зміцнення (це неможливо, так як при зміні температури не відбувається перекристалізації), а для підвищення корозійної стійкості за рахунок збагачення хромом твердого розчину. При наявності вуглецю в структурі обпаленого стали присутні карбіди хрому; це означає, що нс весь хром знаходиться в твердому розчині. Гарт від температури ~ 1000 0C з охолодженням у воді дозволяє розчинити карбіди хрому в аустените і запобігти їх виділення при швидкому охолодженні.

Сталь 12Х18Н9 схильна до міжкристалітної корозії. При нагріванні загартованої сталі (наприклад, під час зварювання) з аустеніту по межах зерен може виділятися карбід

Діаграма стану системи "Fe - Ni"

Мал. 10.6. Діаграма стану системи "Fe - Ni"

хрому Cr23С6. Це призводить, по-перше, до збіднення хромом (нижче допустимого рівня - 12%) областей аустеніту, розташованих в прикордонних зонах, а також до створення мікрогальванічекіх пар (утворюються дві фази: "аустенит - карбід" з різним електрохімічним потенціалом). В результаті утворюється безліч вогнищ локальної корозії. Лист зі сталі, ураженої межкристаллитной корозією, не видає металевого звуку і може зруйнуватися в порошок вже при невеликих навантаженнях.

Схильність до міжкристалітної корозії можна усунути (або помітно знизити) легированием - введенням в сталь сильних карбидообразующих компонентів, наприклад титану - сталь 12Х18Н9Т (близько 0,1% ΊΠ). Титан пов'язує весь вуглець в карбід TiC, на освіту карбідів хрому вуглецю немає, тому весь хром розчинений в аустените.

Аустенітні нержавіючі стали мають високу пластичність, добре обробляються тиском. Зварюваність сталей також хороша. Різанням низька через високу в'язкості сталей і схильності до наклепу - стали сильно зміцнюється в процесі різання.

Аустенітні хромонікелеві сталі стійкі проти корозії в морській воді, лаках, органічних та азотної кислоти, слабких лугах. Вони використовуються для виготовлення деталей, що працюють в зазначених середовищах, побутових виробів і т.п.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук