Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируют чугуны?

2. На какие группы делят чугуны по назначению?

3. Какие чугуны относят к машиностроительным?

4. По какому принципу маркируют чугуны?

5. Приведите примеры некоторых марок чугунов и дайте их расшифро­вку.

6. По каким признакам классифицируют стали?

7. В чем отличие углеродистых и легированных сталей?

8. Чем определяется качество сталей?

9. Как маркируют углеродистые конструкционные и инструменталь­ные стали?

10. Приведите примеры марок углеродистых сталей, дайте их расшифро­вку.

11. В чем принцип маркировки легированных конструкционных сталей?

12. Приведите примеры марок легированных конструкционных сталей.

13. Какова особенность маркировки высококачественных конструкцион­ных сталей?

14. Каков принцип построения Европейской системы обознначения ста­лей в соответствии со стандартом EN (Euronorm) 10027?

15. Каковы особенности маркировки углеродистых и легированных ста­лей в соответствии с Евростандартом?

Самостоятельная работа №7 защита металлов от коррозии. Экономические аспекты и значение борьбы с коррозией

В результате взаимодействия с внешней средой детали и механизмы теряют свои свойства, свою долговечность, что приводит к простою обору­дования, потере сырья, продукции, а иногда даже приводит к авариям с чело­веческими жертвами. Причиной этого является коррозия (от лат. corrosio (corrodo) – разъедать), проблемы борьбы с которой возникли практически в самом начале использования металлов.

Коррозия – разрушение изделий, полученных из металлов и сплавов, под действием внешней среды.

Среды, в которых разрушаются металлы и сплавы, называют агрессив­ными или коррозионными. Примером таких сред является воздух, растворы солей, кислот, щелочей, расплавы металлов, промышленные газы, бензин и т.д. Эти среды могут растворять металлы и сплавы или создавать с ними со­единения в виде оксидов, нитридов. Например, на поверхности изделий из углеродистых сталей, чугуна образуются оксиды в виде ржавчины бурого цвета.

Необратимые коррозионные процессы наносят значительный вред народ­ному хозяйству. Подсчитано, что около 20 % ежегодно выплавляемого металла теряются в коррозионных процессах. В промышленно развитых странах потери от коррозии составляют около 10…15 % национального до­хода. Борьба с коррозионными процесса является насущной задачей совре­менной техники. Создан Международный институт коррозии и защиты от коррозии, который координирует работы, которые ведутся в разных стра­нах.

Коррозионные среды делят на электролиты (проводят электрический ток – растворы солей, кислот, щелочей, морская вода) и неэлектролиты (не проводят электрический ток – промышленные газы, спирт, бензин, масла и т.д.).

Виды коррозии классифицируют:

♦ по механизму взаимодействия внешней среды с металлами и сплавами:

- химическая – разрушение в средах-неэлектролитах, например, разруше­ние двигателей внутреннего сгорания, сопел реактивных двигателей. Этот вид коррозии реализу­ется под действием горячих газов и жидкостей-неэлектролитов (масло, спирт, смола, нефть, бензин и т.д.). На поверхности образуется пленка химических соединений – оксидов, сульфидов. Со временем изделие становится тоньше, т.к. образующаяся пленка, например, оксидная, хрупкая, осыпается. Такой коррозии подвержены углеродистые стали, чугуны, вольфрам, молибден. Коррозия усиливается при повышении температуры.

Если на поверхности образуются прочные и плотные пленки, то коррози­онное разрушение замедляется. Примером таких металлов являются алюминий, хром, их сплавы. Поэтому легирование стали алюминием, хро­мом, никелем повышает ее коррозионную стойкость до Т = 850…900 С.

- электрохимическая – разрушение в средах-электролитах (воде, вод­ных растворах солей, кислот, других жидкостей, проводящих электрический ток). Это наиболее распространенный вид коррозии. Характеризуется проте­канием тока в электролите, переходом атомов металла в ионизированное со­стояние и другими электрохимическими процессами. Примером может служить коррозия металлов на влажном воздухе, в морской и речной воде (металличе­ские конструкции в атмосфере, корпуса судов, гидросооружений в речной и морской воде, оборудование химических предприятий и т.д.);

♦ по условиям взаимодействия (по виду коррозионной среды):

- газовая коррозия – возникает в результате действия на металлические изделия выхлопных и промышленных газов и теплоты, т.к. эти газы всегда нагреты;

- атмосферная коррозия, при которой агрессивной средой является скон­центрированная на поверхности изделия влага. Этот вид коррозии наи­более распространен, т.к. порядка 80 % металлоизделий и конструкций экс­плуатируются и сохраняются под открытым небом;

- подземная коррозия, при которой средой, которая разрушает металличе­ские конструкции (трубы, кабели, другие подземные коммуни-кации) является грунтовая влага. Наличие микроорганизмов и продуктов их жизне­деятельности разрушает даже защитные покрытия конструкций.

Огромны потери металла в такой агрессивной среде, как морская вода;

- блуждающие токи, особенно опасен постоянный ток. Наблюдается этот вид коррозии около трамвайных линий и линий электропроводов. При движении трамваев и электропоездов часть электрического тока проникает в землю, доходит до труб (газовых, нефтяных, водяных). Ток силой 1 А за 1 год съедает 9 кг железа, 11 кг цинка и меди, 34 кг свинца. Радиус достигает десятков километров.

Виды коррозионного разрушения:

- сплошное разрушение – по всей поверхности, но с разной скоростью; делят на равномерное и неравномерное разрушение, соответственно среда распространяется в глубину металла на одинаковое или разное расстояние;

- местное разрушение – на отдельных участках, делят на пятнистое (ла­тунь в морской воде), язвенное (стальные изделия в земле), точечное (изде­лия из нержавеющей стали в морской воде), подповерхностное, избиратель­ное (разрушение отдельных фаз в чугуне), межкристаллическое, транскри­сталлическое.

Коррозионная стойкость металлов и сплавов – способность сопротив­ляться действию внешних агрессивных сред; оценивается качест­венно и количественно (по изменению массы), а также по смене механиче­с-ких свойств и электросопротивления.

Современная защита от коррозии базируется на следующих мето­дах:

А) повышении химического сопротивления конструкционных материалов;

Б) изоляции поверхности от агрессивной среды;

В) понижении агрессивности производственной среды;

Г) снижении коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая за­щита);

Д) создании рациональных конструкций.

Эти методы можно разделить на две группы:

1) реализуются до начала производственной эксплуатации изделия – А,Б,Д. Производятся определенным выбором конструкционных материалов и их сочетаний на стадии проектирования и изготовления изделия, рациональным проектированием (устранением зазоров, гальванических пар разнородных металлов), нанесением на его поверхность защитных покрытий;

2) осуществляются в ходе эксплуатации изделия – В, Г, путем пропускания тока для достижения защитного потенциала, введением в среду специальных добавок – ингибиторов.

Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в дан­ном конкретном случае, а также экономической целесообразностью.

Любой метод защиты изменяет ход коррозионного процесса, либо уменьшая скорость, либо прекращая его полностью.

Наиболее распространенные способы защиты металлов и сплавов от коррозии:

 А - легирование (объемное или поверхностное) чугунов, сталей раз­личными металлами - хромом, титаном, никелем - для образования плотных оксидных пленок, защищающих от коррозии. Метод дорогой, но наиболее надежный;

 Б - изоляция от аргессивной среды нанесением покрытий – более экономичный метод. Покрытия могут быть металлическими и неметалличе­скими.

Металлические покрытия наносят следующими методами:

- химическим методом путем погружения изделий в раствор соли ме­талла (олово, серебро, золото, например, на ювелирные изделия, сложные по форме мелкие изделия бытового назначения, ответственные детали в тех­нике;

- электрохимическим способом в ваннах с раствором электролита, ко­торый содержит ионы осаждаемого металла, метод не требует нагрева изде­лия (никель, цинк, кадмий, хром, золото, серебро, платина, сплавы, напри­мер, медно-никелевые):

- горячим нанесением путем погружения изделий в расплавленный ме­талл (олово, цинк, свинец). Цинком покрывают стальные листы, трубы, по­суду, проволоку; оловом – консервную металлическую тару. Способ прост в реализации и весьма производителен;

- плакированием (термомеханическое покрытие) состоит в одновре­менной горячей прокатке или волочении основного и защитного металла; сталь защищают медью, алюминием, нержавеющей сталью;

- металлизацией напылением – распыление расплавленного металла сжатым воздухом в направлении к поверхности изделия. Используют для на­несения покрытий на крупногабаритные детали, узлы и даже сложные конст­рукции. Напыляют алюминий, цинк, хром, титан и другие металлы, некоторые сплавы. Недостатком этого способа является значительный расход металла, пористость покрытия и недостаточная прочность адгезии с основой.

Нанесение неметаллических покрытий – самый простой и дешевый способ защиты. Наносят лаки, краски, пластмассы, эмали; способ нанесения – погружение, распыление, с помощью щеток, около 90 % всех металличе­с-ких изделий защищают с помощью именно этих покрытий;

 В - использование ингибиторов. Скорость коррозии можно изменить также изменением свойств коррозионной среды. Это достигает или соответ­ствующей обработкой среды, в результате которой уменьшается ее агрессив­ность (например, удаление кислорода деаэрацией – кипячением, дистилля­цией и т.д.), или введением в коррозионную среду небольших добавок специ­альных веществ, так называемых замедлителей или ингибиторов коррозии.

Введение ингибиторов целесообразно, если агрессивная среда посто­янна или изменяется незначительно.

По природе ингибиторы могут быть органическими и неорганиче­с-кими, жидкими и газообразными.

Ингибиторы могут действовать как на всей поверхности, так и избира­тельно, в определенных зонах; могут защищать и черные, и цветные метал-лы.

Наиболее часто используют уротропин, нитрит натрия, бихромат на­трия, хроматы, сульфаты натрия, амины.

 Г – электрохимическая защита (катодная и анодная) применяется для изделий, которые постоянно взаимодействуют с электролитами.

Катодная защита наиболее распространена и применяется для защиты таких металлов, как сталь, медь, латунь, алюминий. Вблизи поверхности или на ней прикрепляют протекторы (цинк, магний, их сплавы), выполненные из металла с более низким электродным потенциалом, чем у основного металла, протектор создает с основным металлом пару, в которой он является анодом и разрушается, защищая основное изделие. Таким образом защищают корпуса судов, трубопроводы, резервуары.

 Д - создание рациональных конструкций. При конструировании не­об­ходимо учитывать следующие особенности конструкции изделия: возмож­ность контактной коррозии; скопление влаги в разных элементах конструк­ции; наличие в конструкции щелей, пазов, которые могут заполниться водой; способ соединения узлов конструкции; шероховатость поверхности и другие факторы.