Билет №3

1. Виды конструкционных материалов. Чугуны (15 б.).

Чугун – сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода). Если содержание меньше, то это уже сталь. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита (Fe₃C) и графита (C).

В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

Виды чугуна:

1. Белый чугун (очень твёрдый, но хрупкий):

2. Серый чугун (содержание углерода от 2,9 до 3,7%):

3. Отбеленный (внешний слой имеет структуру белого, а сердцевина – серого)

4. Ковкий чугун (прочен на растяжение и имеет высокое сопротивление удару). Отличается от серого пониженным содержанием кремния и углерода, что делает его более пластичным, способным выдерживать значительные деформации. (относительное удлинение КЧ составляет 3-10%)

5. Высокопрочный чугун. Является разновидностью КЧ. Высокие прочностные характеристики которого достигаются модифицированием присадок магния и его сплавов.

6. Половинчатый чугун (в структуре углерод частично в связанном виде, частично в свободном; более 0,8% углерода в виде цементита Fe₃C)

Структурные составляющие такого чугуна – перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Пример маркировки: СЧ-18-36 (серый чугун с пределом прочности на растяжение 18 кг/мм², на разрыв – 36 кг/мм²).

Детали из чугуна изготавливают методом литья в земляных и металлических формах, из чугуна получают детали сложной конфигурации.

Достоинства: низкая стоимость перед другими конструкционными материалами; неплохие механические свойства. Недостаток: низкая пластичность.

Серые чугуны обладают низкой химической стойкостью, следовательно, их нельзя применять в агрессивных средах. Для повышения качества чугуна его модифицируют различными модификаторами, которые взаимодействуют на процессы кристаллизации жидкого чугуна, изменяя его механические свойства. Кроме того, различают ковкий чугун и высокопрочный.

Используются КЧ и ВЧ для изготовления коленчатых валов, цилиндров малых компрессоров и других фасонных тонкостенных деталей. Легирующие добавки для чугунов: никель, хром, молибден, ванадий, титан, бор.

2. Виды коррозии. Водородная коррозия и способы защиты от водородной коррозии (15 б.).

Коррозия бывает химическая и электрохимическая.

Коррозия по виду распространения корр.разрушений:

1 сплошная – появляется при отсутствии защитных плёнок на поверхности металла, равномерное разрушение анодного и катодного участков. Потеря прочности пропорциональна потери массы.

2 местная:

- пятнистая

- язвенная

- подповерхностная

-изберательная

- точечная

Пятнистая отличается большой площадью очагов, но малой глубиной. Не сильно опасна похожа на сплошную коррозию.

Язвенная отличается значительной глубиной разрушения, намного большей, чем протяженность.

Точечная – глубокое разрушение и частое образование сквозных отверстий. Потеря массы намного меньше потери механической прочности.

Подповерхностная – образование очагов под поверхностью металла, это приводит к вспучиванию и расслоению металла.

Избирательная – разрушение идет по границам зерен кристаллов. Иногда разрушение идет внутрь металла. Самый опасный вид коррозии так как не видно снаружи и трудно контролируемый процесс.

Щелевая коррозия – обусловлена неравномерным обтеканием средой различных участков аппарата, что приводит к образованию катодных и анодных участков. (разновидность электрохимической организации).

Водородная коррозия происходит при повышенных температурах (от 200°C в АВД) и давлениях.

Наблюдаются два вида повреждения металла водородом – водородная хрупкость и водородная коррозия.

В первом случае из-за высокого давления и температуры водород диссоциирует (H₂→2[H]⁺), после чего атомы водорода проникают в кристаллическую решётку металла, растворяясь в нём. В итоге в металле возникают большие напряжения, приводящие к хрупкости.

Процесс водородной коррозии имеет вид:

Fe₃C+2H₂ → 3Fe+CH₄

Водородная коррозия свойственная в АВД при синтезе аммиака, метанола, гидрировании угля и нефти. В случае аммиака протекает ещё и азотирование поверхности металла (насыщение азотом), что также ведёт к хрупкости слоя.

Способы защиты: с увеличением содержания хрома в сталях степень воздействия водорода и аммиака уменьшается. Добавка ванадия повышает стойкость металла к водородной коррозии.