Лекция 20.
Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы. Коррозия электрохимическая и химическая. Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов. Хромистые стали. Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы. Классификация жаропрочных сталей и сплавов |
Коррозия электрохимическая и химическая.
Разрушение металла под воздействием окружающей среды называют коррозией.
Коррозия в зависимости от характера окружающей среды может быть химической и электрохимической.
Электрохимическая коррозия имеет место в водных растворах, а так же в обыкновенной атмосфере, где имеется влага.
Сущность этой коррозии в том, что ионы металла на поверхности детали, имея малую связь с глубинными ионами, легко отрываются от металла молекулами воды.
Металл, потеряв часть положительно заряженных частиц, ионов, заряжается отрицательно за счет избыточного количества оставшихся электронов. Одновременно слой воды, прилегающий к металлу, за счет ионов металла приобретает положительный заряд. Разность зарядов на границе металл – вода обуславливает скачок потенциала, который в процессе коррозии изменяется, увеличиваясь от растворения металла, и уменьшаясь от осаждения ионов из раствора на металле. Если количество ионов переходящих в раствор и осаждающихся на металле одинаково, то скорости растворения и осаждения металла равны и процесс коррозии (разрушения металла) не происходит. Этому соответствует равновесный потенциал φ.
За нулевой потенциал принимают равновесный потенциал водородного иона в водном растворе при концентрации положительных ионов водорода, равной 1 моль ионов H+ на 1 литр.
Стандартные потенциалы других элементов измерены по отношению к водородному потенциалу.
Таблица 20.1 – Потенциалы зарядов
Элемент |
Потенциал, B |
Элемент |
Потенциал, B |
Mg |
-1.55 |
Ni |
-0.23 |
Al |
-1.33 |
H |
+- 0.00 |
Zn |
-0.76 |
Cu |
+0.34 |
Cr |
-0.5 |
Ag |
+0.8 |
Fe |
-0.44 |
Au |
+1.5 |
Металлы, стандартный потенциал которых отрицательный – корродируют в воде, в которой растворен кислород тем активнее, чем отрицательней значение электрохимического потенциала.
Уходящие ионы металла, взаимодействуя с ионами OH-, образуют гидроксиды, нерастворимые в воде, которые называют ржавчиной, а процесс их образования – ржавлением.
Схема ржавления железа:
2Fe – 4e → 2Fe2+;
2Fe2+ + 4OH- → 2Fe (OH)2
Гидроксид железа Fe(OH)2 в присутствии кислорода, растворенного в воде, превращается в Fe(OH)3. Так как это нерастворимое соединение, то равновесный потенциал не может быть достигнут и коррозия будет продолжаться до полного разрушения.
В зависимости от структуры коррозия имеет разное проявление: при однородном металле – коррозия происходит равномерно по всей поверхности. При неоднородном металле – коррозия избирательная и называется точечной. Это явление наиболее опасно, так как приводит к быстрой порче всего изделия. Избирательная коррозия создает очаги концентрации напряжений, что содействует разрушению.
Химическая коррозия может происходить за счет взаимодействия металла с газовой средой при отсутствии влаги. Продуктом коррозии являются оксиды металла. Образуется пленка на поверхности металла толщиной в 1…2 периода кристаллической решетки. Этот слой изолирует металл от кислорода и препятствует дальнейшему окислению, защищает от электрохимической коррозии в воде.
Коррозионная стойкость может быть повышена, если содержание углерода свести до минимума, если ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы в таком количестве, при котором скачкообразно повысится электродный потенциал сплава.
Важнейшими коррозионно-стойкими техническими сплавами являются нержавеющие стали с повышенным содержанием хрома: хромистые и хромоникелевые. На рисунке 20.1 показано влияние количества хрома в железохромистых сплавах на электрохимический потенциал сплава.
Рис 20.1 Влияние хрома на потенциал сплавов Fe – Cr