5.4 Механизм жаростойкости сталей

Механизм жаростойкости состоит в образовании на поверхности основного металла оксидной пленки разного состава и строения. Жаростойкость сталей делится на три класса:

– хорошая (высоколегированные стали);

– повышенная (низколегированные стали и сплавы);

– высокая (сплавы переходных металлов).

Хорошая жаростойкость обусловливается образованием на поверхности основного металла (А) оксида легирующего элемента (В) – ВmОn, так как он обладает лучшими защитными свойствами. Повышенная жаростойкость обеспечивается образованием легированного оксида – (АВ)mОn, легирующий элемент входит в решетку оксида основного металла, снижая ее дефектность. Высокая жаростойкость обусловливается образованием основным металлом двойного оксида, в котором ионы легирующего элемента частично или полностью заменяют ионы основного А(В)·А2(В)О3 (шпинели). Высокие защитные свойства возникают за счет большой плотности упаковки и малого периода кристаллической решетки.

5.5 Цель и содержание коррозионных испытаний

Цель любых коррозионных испытаний, в том числе и оценка жаростойкости, во-первых, состоит в своевременном распознавании возможных повреждений и предупреждений или ограничении коррозионного разрушения в процессе эксплуатации. При выборе того или иного материала исследуется его стойкость в средах и условиях, соответствующих его назначению. Во–вторых, коррозионные испытания проводят для выяснения механизма конкретных коррозионных процессов, понимание которого необходимо для успешной борьбы с коррозией (окислением) и разработке принципов защиты материала от разрушающего действия рабочей среды.

Коррозионные испытания проводят как в эксплуатационных, так и лабораторных условиях, которые являются более жесткими, чем в действительности. Это позволяет сделать экспрессную сравнительную оценку стойкости (жаростойкости) различных материалов или покрытий. Ужесточение условий заключается в повышении температуры сверх нормативной, увеличении концентрации коррозионно–активной среды или ее агрессивных составляющих. При этом ужесточение не должно приводить к изменению механизма коррозии (окисления), так как это снижает практическую ценность ускоренных испытаний.

Коррозионные испытания состоят из собственно экспериментов и их обработки. Для повышения точности полученных результатов на каждую точку следует использовать не менее трех образцов, площадь поверхности которых должна быть равна 20 см² и выше. Последовательность проведения коррозионных испытаний состоит в следующем: подготовка поверхности, маркировка образцов (необходима при разном исходном состоянии одного и того же материала или при разном составе), создание соответствующих условий (среда, температура, нагрузка), собственно эксперимент, снятие с испытаний, обработка результатов, оформление выводов или заключения.

Подготовка поверхности для каждого материала имеет свои особенности, обусловленные его природой и физико-химическими свойствами. Например, для алюминиевых сплавов она заключается в обезжиривании органическим растворителем (бензин, ацетон), травлении в 5–10 %–ном растворе гидрооксида натрия при температуре 50–60 °С в течение 0,5–2 мин, промывке в проточной воде, осветлении в 30 %–ном растворе азотной кислоты, повторной промывке в проточной, а затем в дистиллированной воде при 70–90 °С и сушке.

Для магниевых сплавов предпочтительна зачистка стеклянной шкуркой (№ 8, 10) с последующим обезжириванием органическими растворителями. Вместо зачистки можно использовать травление в 5–7 %–ном растворе азотной кислоты, промывку в проточной воде, осветление в хромнитратном растворе (80–100 г/л хромового ангидрида, 5–8 г/л натрия или калия азотнокислого), промывку в проточной воде, промывку в дистиллированной воде (70–90 °С). Образцы с механически обработанной поверхностью можно не подвергать травлению и осветлению.

С титановых сплавов предварительно удаляют насыщенный кислородом слой на глубину 50–100мкм травлением в смеси концентрированных азотной и 40 %–ной плавиковой кислот в соотношении 3 : 1 при комнатной температуре, избегая саморазогрева раствора. Перед испытанием поверхность образцов зачищают стеклянной шкуркой № 7– 031, обезжиривают стеклянным порошком № 4, смоченным водой, а затем кратковременно активируют в смеси азотной и плавиковой кислот указанного состава. После промывки в холодной проточной воде образцы высушивают фильтровальной бумагой, промывают этиловым спиртом и протирают стеклянным порошком.