2.2 Примеры решения задач (по теме «Показатели скорости газовой коррозии»)

Пример 1. Основной причиной высокотемпературной "ванадиевой" коррозии является загрязненность топлива соединениями ванадия, образующими при сжигании золу, содержащую легкоплавкий оксид V₂O₅. V₂O₅ образует со сталью легкоплавкую эвтектику, что вызывает ускоренное окисление. Определить глубинный показатель коррозии аустенитной стали типа X18H10 при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов при 1123 К в течение 120 ч, если убыль массы образцов стали с размерами (20 х 20 х 1) мм составляет соответственно 0,335 и 3,5 г. Плотность стали Х18Н10 равна 7,8 г/см³.

Решение.

Глубинный показатель коррозии определяется из уравнения (2.6). Таким образом, для его нахождения требуется определить отрицательный показатель изменения массы, который находят по уравнению

K = (m₀ – m_τ)/(S τ),

где m₀ и m_τ– масса образца до коррозионных испытаний и после испытаний и удаления продуктов коррозии соответственно, г; ∆m =m₀ -m_τ – убыль массы образцов после испытаний; S – площадь окисленной поверхности металла, м²; τ – время испытаний, ч.

Подставляя в уравнение (2.1) значения убыли массы 0,335 г (воздухе) и 3,5 г (атмосфера топливных газов), площади поверхности м² и время испытаний 120 ч, находим значения K : 0,0317 г/(м² ∙ ч) и 0,331 г/(м² ∙ ч) при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов соответственно.

Из уравнения (2.6) находим значения глубинного показателя коррозии: 0,035 и 0,372 мм/год соответственно при испытании на воздухе и в атмосфере топливных газов соответственно. Таким образом, при испытании на воздухе сталь обладает баллом коррозионной стойкости «4» и относится к группе стойкости III (стойкие материалы); при испытании в атмосфере топливных газов балл коррозионной стойкости составляет «6», группа стойкости IV (пониженностойкие материалы).

Пример 2. Определить объемный показатель коррозии и оценить коррозионную стойкость меди в кислороде при 973 K. Медный образец с поверхностью 20 см² после 2-х часового окисления поглотил 13,6 см³ кислорода, приведенного к нормальным условиям. Атомная масса меди 63,54 г, плотность меди 8,76 г/cм³. При окислении образуется оксид Cu₂O.

Решение.

Для оценки коррозионной стойкости меди необходимо использование уравнения (2.6). Однако, поскольку в задаче имеются сведения о количестве поглощенного кислорода, а не убыли массы, следует воспользоваться уравнениями, связывающими отрицательный показатель изменения массы K с положительным показателем изменения массы K , а положительный показатель изменения массы с объемным показателем коррозии К_V

K = K (n_окA_Ме/n_МеA_ок),

K =(К_V·М_Г·10⁴)/V_М (г/м²_·ч),

где A_Ме , A_ок – масса грамм-атома металла и окислителя соответственно; n_Ме, n_ок – валентность металла и окислителя соответственно; М_Г и V_М – молекулярная масса и объем моля газа (22400 см³) при нормальных условиях; 10⁴ – коэффициент, учитывающий перевод см в м.

Объемный показатель коррозии находим из уравнения

К_V = ΔV/S·τ ,

где ΔV - объем выделившегося (поглощенного) в результате коррозии газа.

Подставляя экспериментальные данные находим значение К_V

К_V = см³/см²·ч.

Используя уравнение для расчета K и учитывая, что молекулярная масса кислорода составляет 32 г, а объем моля при нормальных условиях – 22400 см³, определяем K K = = 4,86 г/м²·ч.

Определяем K

K = г/м²·ч.

Подставляя полученное значение K в уравнение (2.6) определяем глубинный показатель коррозии

К_П = мм/год.

Таким образом, медь в условиях испытаний в кислороде при 973 K проявляет очень низкую коррозионную устойчивость и относится к нестойким материалам (группа VI, балл –10).

Пример 3. Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при температуре 400⁰ С. Образец цинка с поверхностью 30 см² весил до испытания 21,4261 г. После 180 – часового окисления на воздухе при температуре 400 ⁰С он весил 21,4279 г. Плотность цинка – 7,14 г/см³.

Решение.

Определим положительный показатель изменения массы K

= .

При окислении кислородом воздуха цинк образует окисел ZnO. Рассчитаем отрицательный показатель изменения массы K

K = K (n_окA_Ме/n_МеA_ок)= г/м²ч.

Определим К_П

К_П = К^-_m 8,76 /_ме = ,

что по десятибалльной шкале коррозионной стойкости соответствует стойким металлам (балл 4).