Жаростойкое легирование металлов

Хромоникелевые стали. Никель образует с железом непрерывный ряд твердых растворов и способствует образованию аустенитных сталей. Наибольшее применение в промышленности находят хромоникелевые стали ти­па 12X18Н10, содержащие 17-20% хрома и 8-16% никеля. Эти стали облада­ют высокой коррозионной стойкостью, хорошими механическими и технологическими свойствами, хорошо поддаются сварке. Однако в хромоникелевых сталях может возникать склонность к межкристаллитной коррозии, особенно после длительного или повторного нагрева закаленной стали, вследствие выпадения по границам зерен карбидов. Опасными зонами при сварке аустенитных сталей являются зоны по линиям сплавления.
Для снижения склонности стали к межкристаллитной коррозии рекомендуется: легирование карбидообразующими элементами - титаном, ниобием, танталом, которые обладают большим сродством к углероду, чем хром; снижение содержания углерода до 0,015% и менее; длительный нагрев при температуре 870°С с целью коагуляции карбидов хрома, нарушения сплошности карбидной сетки и выравнивания концентрации хрома, что приводит к повышению пассивируемости зон около границ зерен.
Коррозионная стойкость хромоникелевых сталей может быть повыше­на легированием их молибденом, медью и кремнием. Стали 10Х17Н13М2Т устойчивы в средах, содержащих хлор-ионы, и в органических кислотах. Для более агрессивных сред, например при производстве серной кислоты, при меняют стали с повышенным содержанием хрома и никеля типа 06Х23Н28МДТ. Эта сталь обладает высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и имеет повышенную коррозионную стойкость.




120

3. 
   Коррозионная стойкость медных сплавов
   

Стандартный электродный потенциал меди Е° ₂ = +0,34 В, в 3%-

ном растворе поваренной соли он равен +0,05 В, поэтому медь в большинст­ве случаев корродирует с кислородной деполяризацией. В воде и нейтральных растворах, не содержащих соединений, которые с катионами меди могут образовывать комплексные ионы, медь обладает высокой коррозионной стойкостью. Повышенная коррозионная стойкость меди определяется затруднением протекания анодного процесса, вызванного не явлением пассивности, а достаточно высокой термодинамической устойчивостью меди. В атмосферных условиях она коррозионно-стойка, вследствие образования на ее поверхности пленки, состоящей из продуктов коррозии Си(ОН)₂СиСОз.

Структура медных сплавов в большинстве случаев однородная, так медь со многими компонентами образует твердые растворы в широких пределах концентраций. Коррозионные свойства медных сплавов, как правило, несколько выше, чем у чистой меди, так как легирующие компоненты повышают устойчивость защитных оксидных пленок.
В промышленности находят широкое применение сплавы меди: бронза (медь-олово, медь-алюминий), латунь (медь-цинк), мельхиор (медь-никель), нейзильбер (медь-никель-цинк).
Бронзами называют сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем и другими металлами. Оловянистые бронзы, применяемые в промышленности, содержат не более 10% олова. Коррозионная стойкость оловянистых бронз несколько выше, чем меди. Они коррозионно-стойки в атмосферных услови­ях, морской воде и серной кислоте невысокой концентрации.
Алюминиевые бронзы содержат 9-10% алюминия. Они имеют несколько худшие литейные свойства, чем оловянистые бронзы, но высокую механическую прочность и более высокую коррозионную стойкость.
Латунь содержит 10-50% цинка. Латуни с содержанием до 39% цинка представляют собой однородный a-твердый раствор, сплав с содержанием 47-50% цинка - (3-латуни, а при содержании 39-47% цинка - двухфазный сплав а + Р -латуни.


121




По коррозионной стойкости в атмосферных условиях латуни занимают промежуточное положение между медью и цинком. Коррозионная стойкость латуни повышается при дополнительном легировании никелем, оловом, алюминием. Латунь с содержанием 1% олова называется адмиралтейской латунью, она обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде.
Характерным видом коррозии латуней является обесцинкование и коррозионное растрескивание. Обесцинкование латуней - это коррозионное разрушение латуней, особенно содержащих много цинка. Атомы цинка в твердом растворе Cu-Zn сохраняют повышенную электрохимическую активность по сравнению с атомами меди и преимущественно переходят в раствор. Атомы меди в зависимости от условий могут перейти в раствор, образовать сплошной, более обогащенный медью поверхностный слой или перейти в состояние адсорбированных атомов, который выделяются на по­верхности в виде рыхлого слоя губчатой меди. Развитая поверхность осадка меди повышает эффективность катодного процесса и способствует ускоренной коррозии. Дополнительное введение в латунь небольших количеств мышьяка (0,04 - 0,08%), сурьмы или фосфора заметно снижает склонность латуни к обесцинкованию.
Коррозионное растрескивание связано с наличием в сплаве растяги­вающих напряжений (внутренние или приложенные извне). Подобное разрушение может протекать как меж-, так и транскристаллитно. Скорость развития коррозионного растрескивания латуней может быть значительной, если в атмосфере содержатся аммиак или сернистый ангидрид.
Мельхиор обладает более высокой коррозионной стойкостью в морской атмосфере и морской воде, чем бронзы и латуни.

3. 
   Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов
   

Алюминий обладает целым рядом ценных физико-механических свойств, поэтому он находит широкое применение. Благодаря высокой пластичности алюминий хорошо прокатывается и штампуется, хорошо сваривается и обрабатывается. Однако литейные свойства алюминия невысоки, и по этой причине литье из алюминия нашло ограниченное применение.
Стандартный потенциал алюминия Е° _3+/А1= -1,66В. На воздухе алю­миний покрывается пленкой оксида алюминия А1₂0з, при этом электродный потенциал повышается. В 3% растворе поваренной соли электродный


122




потенциал алюминия равен -0,55 В, поэтому в нейтральных растворах электроли­тов алюминий может корродировать как с кислородной, так и с водородной деполяризацией. Наличие на поверхности алюминия оксидной пленки придает ему высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в нейтральных растворах.
В промышленности нашли применение сплавы алюминия с медью, цинком, марганцем, кремнием и др. Сплавы алюминия обладают лучшими технологическими свойствами и более высокой прочностью, чем чистый алюминий. В коррозионном отношении все алюминиевые сплавы имеют значительно меньшую стойкость, чем чистый алюминий.
Дюралюминий — сплав алюминия с медью — обладает высокой механической прочностью, но низкой коррозионной стойкостью. Коррозионную стойкость дюралюминия повышают плакированием его чистым алюминием. По отношению к дюралюминию чистый алюминий является анодом, поэто­му осуществляет не только механическую, но и электрохимическую защиту поверхности сплава.
Из сплавов на основе алюминия, обладающих хорошими литейными свойствами и высокой коррозионной стойкостью, наибольшее применение нашли силумины - сплав алюминия с кремнием. Коррозионная стойкость силуминов объясняется образованием на их поверхности комбинированной пленки, состоящей из оксидов алюминия и кремния. Дюралюминий и силумин широко используются в различных отраслях промышленности.
Алюминий и его сплавы очень чувствительны к контактированию с другими металлами. Самыми опасными являются контакты с более положи­тельными металлами - медью и медными сплавами. В ряде условий вреден контакт с железом, сталью. Контакт с цинком и кадмием в условиях, когда алюминий находится в пассивном состоянии, безвреден и даже несколько защищает. В результате опасных контактов происходит более существенное разрушение алюминия в электропроводных средах, содержащих ионы хлора.

8. 
   Поведение металов и сплавов в агрессивных химических сре­дах.