Свойства и виды металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Радиационная повреждаемость конструкционных материалов. Действие низкотемпературного и высокотемпературного облучения на свойства сплавов. Радиационная ползучесть сталей

сплав сталь термобиметалл легирование

Конструкционные материалы под действием облучения испытывают структурные превращения, оказывающие отрицательное влияние в первую очередь на механические свойства и коррозионную стойкость. Из всех видов облучения (нейтроны, - и -частицы, -излучение) наиболее сильное влияние оказывает нейтронное облучение.

Радиационную среду принято характеризовать нейтронным спектром и нейтронным потоком. Спектр определяется дискретными уровнями энергии нейтронов. В зависимости от энергии нейтронов, используемых для осуществления цепной ядерной реакции, различают реакторы на медленных (тепловых) и быстрых нейтронах. Нейтронный поток характеризует интенсивность радиационной среды и выражается числом нейтронов с энергией Е > 0,1 МэВ, пересекающих площадь 1 см² за 1 с (нейтрон/(см²с)). Нейтронный поток, суммированный по времени (нейтрон/см²), или флюенс нейтронов, характеризует суммарную дозу облучения и является мерой накопления радиационного воздействия.

Рисунок 1 - Модель радиационных повреждений, возникающих при соударении нейтронов с атомами кристаллической решетки (модель Зеегера)

На рис. 1 представлена модель радиационных повреждений, возникающих при соударении высокоэнергетических нейтронов с атомами кристаллической решетки.

Соударения вызывают смещения атомов или каскад смещений в решетке в зависимости от количества энергии, передаваемой нейтроном атому металла. Подвергшийся удару нейтроном первый атом, подобно биллиардному шару, ударяя по другим атомам, вызывает в решетке дополнительные смещения. В результате развития каскада образуются объемы с высокой концентрацией вакансий, по периферии окруженные зонами с повышенной плотностью межузельных атомов. Один нейтрон способен создать в алюминии более 6000 вакансий, в бериллии с большей энергией межатомной связи - более 450 вакансий.

Помимо смещений большие нейтронные потоки за счет своей энергии возбуждают атомы, усиливают их колебания (это явление названо «радиационной тряской»), что сопровождается локальным повышением температуры. Рост температуры способствует радиационному отжигу, сопровождающемуся аннигиляцией вакансий и межузельных атомов. Высокие температуры и нейтронное облучение могут вызвать в материале ядерные реакции с образованием гелия, что в свою очередь приводит к появлению газовых пузырей по границам зерен.

Структурные изменения приводят к изменению механических свойств. В результате при температуре ниже температуры рекристаллизации - низкотемпературного облучения - металл упрочняется, но теряет вязкость и пластичность.

Влияние суммарного нейтронного потока Ф на временное сопротивление, предел текучести и пластичность аустенитной хромоникелевой стали при 20°С показано на рис. 2. Сталь приобретает максимальное упрочнение при Ф = 31019 нейтрон/см², причем растет интенсивнее , что приводит к снижению способности к деформационному упрочнению. Дальнейшее увеличение потока практически не влияет на свойства стали.

Рисунок 2 - Изменение механических свойств аустенитной стали 12Х18Н10Т при 20^оС после низкотемпературного облучения нейтронами: 1 -; 2 -; 3 -

Кроме флюенса, на свойства оказывает влияние температура, при которой проходит низкотемпературное облучение (рис. 3). Наиболее резко охрупчивание аустенитных сталей проявляется после облучения в температурном интервале 250 - 350°С.

Рисунок 3 - Влияние температуры нейтронного облучения (Ф = 71020 нейтрон/см²) стали А304 (Х18Н9) на изменение механических свойств при низкой температуре

Действие низкотемпературного облучения на свойства металла связано преимущественно с образованием точечных дефектов. В условиях облучения выше температуры рекристаллизации (высокотемпературное облучение) роль точечных радиационных дефектов снижается. Вакансии и межузельные атомы частично аннигилируют друг с другом, частично взаимодействуют с примесями, дислокациями, границами раздела. Оставшиеся межузельные атомы и вакансии объединяются в кластеры, которые в свою очередь могут превращаться соответственно в дислокационные петли межузельного или вакансионного типов (рис. 4).

Рисунок 4 - Эволюция дефектной структуры аустенитной стали при облучении ионами хрома (Е = 1 МэВ)

Высокотемпературное облучение активизирует диффузионные процессы и способствует распаду пересыщенных твердых растворов - старению. Этим объясняется высокотемпературная хрупкость аустенитных хромоникелевых сталей. Активизацией диффузионных процессов также объясняется снижение длительной прочности при облучении. Падение жаропрочности растет с увеличением температуры и интенсивности нейтронного потока.

При высокотемпературном облучении большими нейтронными потоками в аустенитных сталях и сплавах на основе Ni, Ti, Mo, Zr, Be зарождаются и растут вакансионные поры, а более подвижные межузельные атомы уходят на дальние стоки (краевые дислокации, границы зерен и др.), что приводит к заметному увеличению объема металла - радиационному распуханию.

Объем аустенитных сталей, облученных при рабочей температуре 450°С, линейно растет с увеличением нейтронного потока. Объем может увеличиться на 20 % и более. Распухание усиливается в результате скопления в микропорах газов, образовавшихся при облучении.

Легирование хромоникелевых сталей титаном, молибденом, ниобием снижает их распухание. Высокохромистые ферритные и перлитные стали с меньшей растворимостью водорода характеризуются меньшей склонностью к распуханию.

Пластичность титановых сплавов после облучения также падает. Однако, в отличие от сталей, они не имеют провала пластичности в этом температурном интервале (рис. 5).

Рисунок 5 - Деформационная способность -сплава титана до (1) и после (2) нейтронного облучения (210²¹ нейтронов/см²; Т_обл = 250^оС; Е > 1 МэВ)

Воздействие облучения на полимерные материалы приводит к разрыву полимерных цепочек. Смещение обрывков цепей и свободных радикалов изменяет свойства полимеров и способствует их разрушению.

Примеры изменения свойств некоторых материалов под действием нейтронного облучения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Воздействие нейтронного облучения на различние материалы

При облучении резко снижается коррозионная стойкость металлов и сплавов. Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах АЭС. Вследствие радиолиза меняется состав электролита - происходит разрушение молекул воды с образованием ионов и атомов кислорода, водорода и щелочных гидроксид-ионов ОН-. Конструкционные реакторные материалы, подвергающиеся облучению, работают в контакте с водой и паром. Образующийся кислород окисляет металл, а водород его наводораживает и тем самым дополнительно охрупчивает. Радиолиз воды и увеличение концентрации гидроксид-ионов способствует растворению поверхностных оксидных пленок, в обычных условиях защищающих металл от коррозии.

Скорость коррозии сплавов на основе алюминия в водной среде в условиях облучения возрастает в 2 - 3 раза. Аустенитные хромоникелевые стали во влажном паре подвержены межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию.

Радиационная ползучесть сталей. В условиях облучения происходит ускорение обычной (термической) ползучести нагруженных конструктивных элементов ЯЭУ, приводящей к их формоизменению: удлинению и изгибу. Важную роль радиационная ползучесть играет при относительно низких температурах (менее 0,45Тпл), причём при температуре 0,5Тпл и выше основную роль уже играет термическая ползучесть. Весьма нежелательные последствия в формоизменении конструктивных элементов ЯЭУ могут произойти в результате совместного действия распухания и ползучести. Как видно на рис. 6, шестигранный чехол ТВС реактора на быстрых нейтронах увеличивается в размере и грани его выгибаются.

Рисунок 6 - Совместное действие радиационной ползучести и распухания, приводящее к формоизменению оболочки ТВС

Следствием радиационно-ускоренной ползучести является существенное снижение (в отличие от кратковременной ползучести) длительной прочности материалов под действием облучения. Радиационная ползучесть происходит в результате скольжения и переползания дислокаций. Роль облучения проявляется двояко. С одной стороны, радиационные дефекты и их скопления тормозят движение дислокаций. С другой стороны, точечные радиационные дефекты способствуют переползанию краевых дислокаций, ускоряя деформацию. Вклад радиационных дефектов в ускорение ползучести является более существенным, чем в замедление через торможение движения дислокаций. Методы уменьшения радиационной ползучести аналогичны путям снижения распухания, основанным на легировании сплава (стали) с целью получения твёрдых растворов (замещения и внедрения), формирования равномерного распада твёрдого раствора и распределения дисперсных частиц второй фазы, измельчения зерна и регулирования уровня вредных примесей.

2. Термобиметалл. Их классификация. Основные физико-механические свойства термобиметаллов: чувствительность, удельное электросопротивление, рекомендуемая и предельная температура службы, теплопроводность, прочностные и упругие свойства

Термобиметаллы - материал, состоящий из двух или нескольких слоев металлов или сплавов, прочно сваренных по всей поверхности соприкосновения, с различными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР).

Составляющую термобиметалла с большим ТКЛР принято называть активным слоем, с меньшим ТКЛР - пассивным слоем. Иногда между активным и пассивным слоями располагается промежуточный слой с высокой электропроводностью.

При изменении температуры термобиметалл вследствие разности ТКЛР составляющих изгибается по дуге окружности, при повышении температуры и нагрузки могут превысить предел упругости составляющих термобиметалла и вызвать их остаточную деформацию. Термобиметалл сохраняет свою работоспособность в области упругих деформаций.

Максимальные напряжения в нагреваемой полосе термобиметалла возникают в месте соединения слоев, а на поверхности они гораздо меньше. При нагревании в активном слое действуют сжимающие напряжения, и он располагается с выпуклой стороны, а пассивной с вогнутой. При охлаждении термобиметаллическая полоса изгибается в противоположную сторону.

Простота действия термобиметалла дает возможность применять его в качестве чувствительных элементов не только для измерения температуры окружающей среды, но и изменения состояния, процессов и параметров, связанных с изменением температуры. В этом случае термобиметалл моет выполнять функции измерительного, компенсационного, регулирующего или защитного элементов. Так, например, в качестве измерителей термобиметаллы используют в термометрах для измерения температуры воздуха, пара, жидкостей, в электрических и газовых печах, радиаторах, термостатах, указателях давления масла, газа, нефти и т.д., в компенсаторах напряжения, в системах автоматического контроля при циркуляции охлаждающих жидкостей или их уровня. Применяют их и в качестве защитных элементов - в предохранительных переключателях, тепловых и защитных реле. Термобиметаллы нашли широкое применение в промышленных и бытовых приборах.

Несмотря на большое разнообразие и внешнее различие конструктивных форм термобиметаллических элементов, они могут быть классифицированы по трем основным признакам:

· по способу теплового воздействия на термобиметаллический элемент;

· по рабочей функции в приборе или устройстве;

· по конструктивной форме элемента.

Теплопередача термобиметаллическому элементу может осуществляться путем конвекции или радиации, в результате теплообмена между элементом и окружающей средой или путем проводимости, когда выделение тепла происходит при прохождении электрического тока через элемент. При этом термобиметалл является элементом сопротивления.

В зависимости от выполняемой функции в приборе или механизме элемент из термобиметалла может развивать определенное усилие и перемещение.

Наиболее распространённые виды применяемых термобиметаллических элементов - плоские и U-образные пластины, диски, спирали, геликоидальные спирали, а также изделия более сложной формы, такие как двойные и тройные геликоидальные спирали. Выбор термобиметалла для конкретных требований обусловлен выполняемой функцией и условиями эксплуатации элемента в составе изделия.

Развитие современной техники требует разработки новых термобиметаллов с особо высокими чувствительностью, удельным электросопротивлением и температурой службы, при этом часто требуется сочетание различных физико-механических свойств, например высокой чувствительности с высоким модулем упругости и температурой службы или сохранением работоспособности в условиях сильно агрессивных сред.

Надежность изделий с термобиметаллическими элементами в основном определяется стабильностью физико-механических свойств термобиметаллов. Поэтому важно изучение стабильности термобиметаллов в различных температурно-механических и коррозионных условиях. Приобретает актуальное значение изучение влияния на стабильность свойств термобиметаллов таких экстремальных условий эксплуатации изделий с термобиметаллами как сверхнизкие температуры, глубокий вакуум, магнитное или радиационное воздействие.

Основные физико-механические свойства термобиметаллов

Важнейшими характеристиками термобиметаллов являются: чувствительность, удельное электросопротивление, рекомендуемая и предельная температура службы, теплопроводность, прочностные и упругие свойства.

Чувствительность - основное свойство термобиметалла, характеризующее его деформацию в зависимости от измерения температуры. Она определяется величиной удельного изгиба (А) или коэффициентом чувствительности (М) и обусловлена в основном разностью ТКЛР активного и пассивного слоев.

Удельный изгиб устанавливает связь между степенью нагрева образца и его деформацией (стрелой прогиба). Исходя из теории упругости, перемещение свободного конца консольно зажатой пластины термобиметалла выражается формулой

Постоянная А называется удельным изгибом и характеризует перемещение свободного конца пластины термобиметалла длиной 100 мм и толщиной 1 мм при нагреве 1. Как видно из предыдущей формулы:

При различных толщинах и величинах модулей упругости составляющих термобиметалла выражение принимает вид:

Причем чувствительность термобиметалла будет максимальной при соблюдении условия

Коэффициент чувствительности устанавливает связь между степенью нагрева и углом раскрутки спирального образца. Максимальная чувствительность, соответствующая оптимальному соотношению толщин активного и пассивного слоев, может быть выражена:

Из расчета момента вращения биметаллической архимедовой спирали можно определить угол раскрутки спирали по уравнению

Из двух предыдущих уравнений видно, что Коэффициент чувствительности и удельный изгиб связаны соотношением Однако на практике это равенство точно не соблюдается в расхождении экспериментальных данных с теоретическими может достигать 10% из-за внутренних напряжений в термобиметаллах.

Чувствительность термобиметалла может изменяться в различных температурных интервалах и ее величину обычно указывают для определенного диапазона температур. Удельное электросопротивление термобиметалла с учетом заданного соотношения слоев определяется по формуле

В практике используют обычно соотношение

Электросопротивление термобиметалла почти линейно зависит от температуры:

Т

Рекомендуемый температурный интервал службы представляет собой в большинстве случаев интервал наибольшей термоактивности и его устанавливают, исходя из кривой температура - деформация термобиметалла.

Предельная температура нагрева - максимальная температура, кратковременный нагрев до которой с последующим охлаждением не приводит к заметной остаточной деформации. Для некоторых марок термобиметаллов верхний предел рекомендуемого температурного интервала службы совпадает с предельной температурой нагрева (при длительной эксплуатации могут возникнуть остаточные деформации).

Прочностные и упругие свойства термобиметаллов достигаются нагартовкой при холодной прокатке, так как почти все используемые для их изготовления марки сплавов не упрочняются в результате фазовых превращений. Обычно степень деформации (нагартовки) термобиметаллов составляет 40-60%. Для большинства термобиметаллов:

Благодаря высоким упругим свойствам термобиметаллы рабочем интервале температур сохраняют линейную зависимость деформации от температуры при отсутствии механического гистерезиса и имеют модуль упругости в пределах 12000 - 18000

3. Характеристика аустенитных сталей. Хромоникелевые, хромомарганцевые стали. Свойства сталей аустенитного класса

Характеристика аустенитных сталей. К аустенитному классу относят высоколегированные стали, образующие при кристаллизации преимущественно однофазную аустенитную структуру с гранецентрированной кристаллической (ГЦК) решеткой и сохраняющие ее при охлаждении до криогенных температур. Количество другой фазы - высоколегированного феррита ( с объёмно-центрированной кристаллической (ОЦК) решеткой) изменяется от 0 до 10%. Они содержат 18 - 25% Cr, обеспечивающего жаро- и коррозионную стойкость, а так же 8 - 35% Ni, стабилизирующего аустенитную структуру и повышающего жаропрочность, пластичность и технологичность сталей в широком интервале температур. Это позволяет применять аустенитные стали в качестве коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и криогенных конструкционных материалов в теплоэнергетических химических и атомных установках, где они подвергаются совместному действию напряжений, высоких температур и агрессивных сред.

Обладая одновременно жаропрочными и антикоррозионными свойствами, аустенитные стали получают ту или иное сверхвысокое свойство принципиально различным легированием и термической обработкой. В связи с этим различают две основные группы аустенитных сталей: жаропрочные и коррозионностойкие.

Хромоникелевые аустенитные стали. Хромоникелевые стали аустенитного класса представляют собой наиболее широко распространенную группу коррозионностойких сталей, известных в мировой практике под общим названием стали типа 18-10, содержащих примерно 18% Cr и 10% Cr.

Некоторые марки сталей хромоникелевых аустенитных сталей: 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 03Х18Н11.

Основной элемент, который характеризует высокую коррозионную стойкость сталей типа 18-10, является хром. При содержании 18% Cr эти стали являються коррозионностойкими во многих средах окислительного характера в широком диапазоне концентраций и температур, а также обладают жаростойкостью и жаропрочностью при умеренных температурах.

Никель несколько повышает стойкость стали с 18% Cr в активном состоянии.

Легирование никелем в количестве 9-12% способствует получению аустенитной структуры, характеризующей высокой технологичностью при операциях горячей и холодной деформации и хладостойкостью при когерентных температурах. В хромоникелевых аустенитных сталях типа 18-10 в зависимости от температурно-временных условий обработки могут происходить следующие фазовые превращения: 1). выделение избыточных карбидных фаз и -фазы при нагреве в интервале 450 - 900; 2). образование в аустенитной основе -ферриита при высокотемпературном нагреве; 3). образование -фазы мартенситного типа при холодной пластической деформации или охлаждении ниже комнатной температуры.

Стойкость против межкристаллитной коррозии сталей этой группы определяется концентрацией углерода в твердом растворе.

Влияние азота на склонность к межкристаллитной коррозии значительно слабее углерода, поэтому добавки азота для повышения прочности могут быть целесообразны.

Хром и никель оказывают влияние на температурно-временные области, в которых хромоникелевые стали могут быть склонны к межкристаллитной коррозии. Повышение концентрации никеля сопровождается уменьшением растворимости углерода, что отрицательно влияет на ударную вязкость хромоникелевой стали после отпуска и приводит к расширению области склонности к межкристаллитной коррозии (рис. 7).

Рисунок 7 - Влияние никеля на склонность к межкристаллитной коррозии хромоникелевых сталей после отпуска (метод АМ ГОСТ 6032-89): 1 - 9; 2 - 12; 3 - 20; 4 - 40 %Ni

Уменьшение растворимости углерода в твердом растворе происходит и при увеличении содержания хрома, в результате чего снижается также ударная вязкость из-за образования карбидной сетки по границам зерен, но при этом стойкость против межкристаллитной коррозии возрастает.

Это противоречие объясняется тем, что хром существенно повышает коррозионную стойкость и поэтому обеднение хромом твердого раствора при образовании карбидных фаз не достигает катастрофических значений.

Кроме карбидных фаз в интервале 450 - 900 в аустените хромоникелевых сталей возможно также выделение интерметаллидной -фазы. При высокотемпературном нагреве может происходить образование -феррита, что вызывает некоторое ухудшение технологичности при горячей обработке давлением, особенно при высоких скоростях деформации, например на стенах непрерывной прокатки; небольшое количество -феррита положительно влияет на поведение аустенитных сталей при пайке, предупреждая появление микротрещин.

При холодной пластической деформации или при снижении температуры до отрицательной наблюдается мартенситное превращение с образованием -фазы, количество и температура появления которой в стали определяются в основном концентрацией никеля.

Появление в структуре аустенитных хромоникелевых сталей -феррита или мартенситной -фазы сопровождается переходом от немагнитного состояния к магнитному и повышением магнитного насыщения.

Хромомарганцевые стали аустенитного класса. В сталях марганец проявляет себя как аустенитообразующий элемент, что послужило основанием для создания довольно большого числа сталей аустенитного класса, в которых марганец играет роль заменителя никеля. Однако в связи с более слабым аустенитообразующим влиянием марганца получить в сталях, легированных 12 - 14% Cr и более, чисто аустенитную структуру в диапазоне от комнатной температуры до температур горячей пластической деформации не удается. Поэтому аустенитные стали на хромомарганцевой основе в большинстве случаев содержат в своем составе дополнительно либо никель, либо азот, а часто оба элемента совместно. Степень дополнительного легирования никелем и азотом возрастает с повышением содержания хрома в стали.

Марганец относится к элементам, не склонным к пассивации, поэтому скорость коррозии хромомарганцевых сталей в окислительных средах в основном определяется содержанием в них хрома и окислительными свойствами среды.

Стойкость стали в азотной кислоте уменьшается с повышением содержания марганца. Однако удовлетворительная коррозионная стойкость хромомарганцевых сталей сохраняется при легировании марганцем до 13 - 14%.

Хромомарганцевый аустенит отличается от хромоникелевого по ряду свойств. Прежде всего, это относится к характеру протекания карбидной реакции при нагреве в интервале 500 - 850. Ведущей избыточной фазой, выделяющейся в хромомарганцевых сталях, в том числе легированных азотом, является карбид Cr₂₃C₆. В отличие от никеля марганец увеличивает растворимость углерода в -твердом растворе. Кривая растворимости карбида Cr₂₃C₆ при 1000 имеет вид, представленный на рис. 8а. Увеличение растворимости углерода сопровождается повышением ударной вязкости стали после отпуска при 700 (рис. 8б)

Рисунок 8 - Влияние марганца на растворимость карбида хрома Cr₂₃C₆ при 1000 (а) и ударную вязкость после нагрева при 700 стали типа Х13АГ14-22: 1 - 20мин; 2 - 1ч; 3 - 5ч

В хромомарганцевых аустенитных сталях склонность к образованию избыточных фаз при провоцирующем нагреве длительностью 1 - 1,5 ч определяется содержанием в них углерода и марганца и мало зависит от содержания азота, усвоенного сталью в жидком состоянии при выплавке в условиях нормального атмосферного давления. Последнее связано с достаточно высокой растворимостью азота в хромомарганцевом аустените.

Марганец повышает стабильность аустенита относительно мартенситного превращения при деформации, что позволяет получить на холоднокатаном металле высокий уровень пластичности (> 60%) и сохранить немагнитность.

При проведении операций холодного формоизменения (штамповка, вытяжка) следует учитывать более высокую способность к наклепу хромомарганцевого аустенита по сравнению с хромоникелевым.

Свойства аустенитных сталей. Жаропрочность - сопротивление стали разрушению при высокой температуре, но и от времени. Механизм разрушения металла при высокотемпературном длительном нагружении имеет диффузионную природу и состоит в развитии дислокационной ползучести. Под действием температуры, времени, напряжений дислокации у барьеров, создавшие упрочнение, приходят в движение (совместно с облаком легирующих элементов и примесей) в результате взаимодействия с созданными нагревом подвижными вакансиями, которые обеспечивают их «переползание» в другие плоскости кристаллической решетки на границы зерен. Это приводит к разупрочнению, развитию локальной пластической деформации и охрупчиванию. Дислокации, выходящие на границы зерен, создают микроструктуру и вызывают из-за соответствующего изменения размеров контактирующих зерен межзеренное проскальзывание, раскрывающее микроступеньки в поры и трещины, чему способствуют потоки вакансий. В этих условиях прочность пластичность металла зависят от температуры и времени, т.е. от длительности нагружения. Для предотвращения ползучести жаропрочность повышают двумя основными способами:

· ограничением диффузионной подвижности вакансий (легирование -твердого раствора молибденом, вольфрамом и др. элементами);

· созданием большого количества термостойких дисперсных включений-барьеров, препятствующих переползанию и скольжению дислокаций. Эту роль выполняют карбиды и интерметаллиды.

Жаропрочные стали разделяют на гомогенные нетермоупрочняемые и гетерогенные, упрочняемые термообработкой.

Коррозионная стойкость сталей - сопротивление металлов воздействию агрессивных сред. Коррозия бывает: химической и электрохимической.

Под химической коррозией понимают окисление металлов в неэлектропроводной среде (струе горячих газов и т.п.). Она развивается, если образующиеся продукты коррозии более чем в 2,% раза увеличиваются в объеме, что приводит к их периодическому отслаиванию и утонению деталей. Стали, содержащие >12% Cr, образуют прочную пленку оксидов, препятствующую проникновению окислителя в металл, что обеспечивает их окалино- и жаростойкость. Наиболее жаростойкие стали, содержащие наряду с хромом, кремний и алюминий.

Под электрохимической коррозией понимают растворение металла в жидких электропроводных растворах кислот и расплавах, содержащих ионы с положительным и отрицательным зарядами . Наиболее опасны межкристаллитная и структурно-избирательная коррозии, развивающиеся по границам зерен. При контакте металла с электропроводным раствором термодинамически обусловлен и неизбежен переход ионов Fe⁺ из дефектных мест кристаллической решетки в раствор, что создает на металле отрицательный заряд и разность потенциалов между металлом и электролитом, препятствующую дальнейшему растворению (поляризация). Однако в других местах контактной поверхности в результате электропроводности металла и раствора действуют электростатические силы, приходящие к оседанию на поверхности металла положительно заряженных ионов , образующих нейтральные молекулы H₂. Это вызывает деполяризацию и непрерывное действие гальванической пары: металл (-) - раствор (+), т.е. коррозии.

Поэтому при наличии в стали хрома коррозия практически не развивается. Главный фактор коррозионной стойкости стали - однородность твердого раствора хрома в железе, отсутствие его соединений с углеродом и другими элементами, приводящих к локальному обеднению стали хромом и создающих границы раздела между фазами с дефектными участками кристаллической решетки, где у атомов железа ослаблены межатомные связи. Так, образование карбида хрома Cr₂₃C₆, содержащего 94% Cr, обедняет окружающую матрицу с 18 - 25% Cr. Поэтому составы коррозионностойких сталей отличаются от жаропрочных минимум углерода (до 0,02%), являющегося для них вредной примесью, либо наличием в стехиометрическом отношении стабилизирующих элементов (титан, ниобий), образующих более прочные карбиды, чем хром, что исключает обеднение твердого раствора хромом. Для обеспечения прочности и стабильности аустенита в ряде сталей часть углерода заменена азотом. Он препятствует образованию (-Fe), упрочняет аустенит и не образует карбидов.

Кроме, того в рассматриваемых сталях снижены пределы содержания серы и фосфора. В ряде сталей допустимо -Fe, который обладает высокой концентрацией хрома и повышает коррозионную стойкость при нормальных температурах, но охрупчивает сталь при длительном нагреве до температуры , превращаясь в -фазу, что снижает и коррозионную стойкость.

Литература

1. Паршин А.М., Тихонов А.Н., Бондаренко Г.Г., Кириллов Н.Б. Радиационная повреждаемость и свойства сплавов. / Под ред. Паршина А.М. и Тихонова А.Н. - СПб.: Политехника, 1995. - 301 с.

2. Молотилов Б.В. Прецизионные сплавы. М.: Металлургия, 1974. - 448 с.

3. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы. Справочник. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Металлургия, 1991. -- 256 с.: ил.

4. Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. Справочник. -- В 2-х томах. -- М.: Машиностроение, 2004. -- 480 с.: ил. (Т. 2)

Размещено на Allbest.ru