Чугуны серые, белые литейные чугуны. Высоко-прочные чугуны, ковкие чугуны. Коррозионностойкие сплавы и чугуны

7. Коррозионностойкие сплавы и чугуны

Коррозионностойкие сплавы. Их коррозионная стойкость зависит от химический состава и структуры, наличия механические напряжений, состояния поверхности, агрессивности и условий воздействия внешний среды, наличия контактов с другими материалами, а также конструкц. особенностей изделий.

Сплавы на основе железа. Само железо стойко к коррозии лишь в растворах щелочей. Повышения стойкости добиваются с помощью легирования различные элементами. К коррозионностойким сталям относят хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевые. Их стойкость в различные средах определяется структурой, а также свойствами образующихся пассивирующих поверхностных слоев. При нарушении пассивирующей пленки в нейтральных и кислых растворах хлоридов возникает питтинговая, щелевая и язвенная коррозия, а при температурах больше 80 °С - коррозионное растрескивание. Для предупреждения структурно-избирательных видов коррозии (межкристаллитная, ножевая) стали дополнительно легируют Ti или Nb, а также снижают содержание в них С до 0,02%.

Хромистые стали, содержащие 13% Сr, при комнатной температуре устойчивы на воздухе в слабых растворах кислот и растворах солей (кроме хлоридов). В растворах хлоридов, включая морскую воду (особенно при повышенных температурах), подвергаются язвенной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию. Стали с содержанием Сr 17-20% устойчивы в 65%-ной HNO3 до 50°С, с содержанием 25-28 % - в горячих концентрированных растворах щелочей. Хромистые стали с содержанием С<0,01 % (супeрфeрриты) обладают высокой стойкостью против всех видов коррозии в горячих растворах хлоридов. Для изготовления паровой и водяной арматуры, насосов, штоков, валов, компрессоров, деталей турбин применяют, как правило, мартенситные хромистые стали; для отделки автомобилей, деталей бытовой техники и аппаратуры в пищевая промышленостиферритные.

Аустенитные хромоникелевые стали  стойки на воздухе, в растворах H2SO4, HNO3 и их смесях, Н3РО4, ряда органическое кислот, NH3, щелочей (при умеренных  температурах), при контакте с пищевая  продуктами. Галогены в присутствии влаги вызывают местные виды коррозии. Легирование хромоникелевых сталей Мо (2-3%) повышает устойчивость против язвенной коррозии, легирование Ti, Nb и термодинамически обработка - против межкристаллитной коррозии. Стали, содержащие 28-32 % С и 40-45 % Ni, устойчивы против язвенной коррозии и коррозионного растрескивания. Применяют хромоникелевые сплавы для создания химический аппаратов и оборудования, в энергомашиностроении, нефтехимический, целлюлозно-бумажной, пищевой промышлености, судостроении, медицине, бытовой технике. Хромомарганцевые и хромоникельмарганцевые стали, легированные 6 % Ni, обладают стойкостью на воздухе в окислит. и нейтральных средах. Используются для изготовления химический аппаратуры, емкостей, теплообменников, трубопроводов, оборудования для пищевая промышленности и производства минеральных удобрений, в бытовых приборах и т.п. Серые чугуны, содержащие 5-10% Si и 5,5-7,0% Аl, стойки к окислению до температуры 850 °С (жаростойки). Никелькремнистые чугуны (13-20% Ni, 5-7% Si) устойчивы в горячих растворах щелочей; никельмсдистые (12-15% Ni, 5-8% Сu) - в растворах H2SO4, HCl, природные водах; аустенитные хромистые и хромо-никелевые с шаровидным графитом в окислительных и нейтральных средах, морской воде. Жаростойкостью обладают белые высококремнистые чугуны (14-18% Si); они устойчивы также в холодных растворах H2SO4, HNO3, H3PO4, HCl, органическое кислотах (при повышенных температурах).

Медь и ее сплавы. Медь обладает высокой коррозионной стойкостью в  атмосфере, растворах солей, пресной и морской воде при небольших скоростях ее движения, кислотах, не являющихся окислителями, и ряде органическое соединений. При скоростях движения морской воды более 1 м/с Сu подвергается струевой коррозии. Латуни более стойки в потоке морской воды, чем Cu, поэтому широко применяются для изготовления деталей трубопроводов, насосов, арматуры и теплообменного оборудования, охлаждаемого пресной и морской водой, судовых гребных винтов. Виды коррозии латуней, ограничивающие их промышленном применение, - обесцинкование в растворах хлоридов и коррозионное растрескивание в аммиачных средах. a -Латуни, легированные As (около 0,04%), не подвержены обесцинкованию в большинстве сред. Алюминиевые латуни обладают повышенной стойкостью против струевой коррозии.

Оловянные бронзы, содержащие 8-10% Sn, стойки в растворах солей, потоке морской воды, разбавленных кислотах, ряде органическое кислот; не подвергаются струевой и язвенной коррозии. Широко применяются для изготовления деталей узлов трения, арматуры, насосов и теплообменного оборудования.

Алюминиевые бронзы, отличаясь высокой  прочностью, характеризуются коррозионной стойкостью в растворах солей, окислит. средах, потоке пресной и морской воды. При содержании в них Аl>9,2 % в морской воде происходит обезалюминивание; для высокопрочных бронз возможно коррозионное растрескивание. Используются для изготовления деталей в судовом машиностроении.

Кремнистые бронзы по коррозионным свойствам близки к алюминиевым бронзам. Бериллиевая бронза - хороший материал для пружин и мембран, работающих в растворах солей.

Медноникелевые сплавы, содержащие 5-10% Ni или 30% Ni и 1,2-1,5% Fe (мельхиор), обладают стойкостью к струевой коррозии, хотя при значительной скорости движения воды в местах турбулизации потока возникает местная струевая коррозия. Применяются при изготовлении трубопроводов для морской воды, трубок морских теплообменников, судовых конденсаторов и др.

Алюминий и его сплавы. Наиболее стойкостью обладает чистый Аl, который устойчив в средах с рН 3-9. Его коррозионная стойкость определяется свойствами защитной оксидной пленки. Сплавы Аl с другими металлами весьма стойки на воздухе, в нейтральных и слабокислых растворах солей, окислит. средах и слабых кислотах. Ионы галогенов, разрушая защитную пленку сплава Аl, вызывают щелевую язвенную коррозию, особенно при повышенных температурах. Для высокопрочных сплавов Аl (предел текучести больше 400 М Па/мм2) возможно коррозионное растрескивание в растворах хлоридов. Стойкость Аl и его сплавов снижается при контакте с Сu, Fe, Ni, Ag, Pt. наиболее применимы для работы в агрессивных средах сплавы Al-Mg и Al-Mg-Zn, стойкость которых при большей прочности такая же, как у Аl. Высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью отличаются спеченные алюминиевые сплавы САП и САС.

Титан и его сплавы. Коррозионная стойкость Ti и его сплавов определяется способностью пассивироваться в окислит. и нейтральных средах с образованием оксидной пленки. Они обладают высокой стойкостью к действию окислит. кислот и щелочей (до 20%-ной концентрации). Отличит. особенность - высокая стойкость в растворах хлоридов до 110-120°С. Титан не склонен к коррозионному растрескиванию в большинстве известных сред, кроме дымящей HNO3 и N2O4; сплавы Ti-Al, содержащие более 5% Аl, подвергаются этому виду коррозии в растворах хлоридов лишь при наличии надрезов, трещин и т. п. Двухфазные ( a + b ) и b -сплавы Ti также менее чувствительны к коррозионному растрескиванию . Стойкость сплавов в кислотах повышается легированием Pd и Ni, стойкость к растрескиванию - легированием Мо и V.

Никель и его сплавы. Никель пассивируется  в окислительных средах; устойчив на холоду в атмосфере, природные водах, растворах многие солей, 15%-ной НСl, 70%-ной H2SO4, ряде органическое кислот. Часто входит в состав антикоррозионных покрытий. Сплавы Ni, например хастсллои, весьма стойки в кислотах, не являющихся окислителями, нихромы - жаропрочны и жаростойки. Никель и его сплавы - основные конструкц. материалы в процессах с участием фтора и неорганическое фторидов. Используют в химический, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажная и пищевая промышленности, энергетике.

Биметаллические материалы. Состоят  из двух (иногда более) разнородных, прочно соединенных между собой металлов или сплавов. Их коррозионная стойкость определяется свойствами защитного (плакирующего) слоя. Примерами таких материалов могут служить биметаллы медь-сталь, нержавеющая сталь - конструкционная сталь, титан-сталь. Применяют их обычно для изготовления труб, листов и плит, работающих в условиях агрессивных сред. Известны также биметаллы хромистая-хромо-никелевая сталь и триметаллы хромистая - хромоникслевая-конструкционная сталь, в которых наружный плакирующий слой выполняет роль долгоживущего протектора для слоя хромоникелевой стали. Композиционные материалы с металлической матрицей. К ним относят преимущественно сплавы Ni, Ti и Аl, упрочненные нитевидными кристаллами Аl2О3, В, С, карбидами В и Si, непрерывными волокнами (или проволокой) Мо или W . Коррозионная стойкость таких материалов определяется свойствами матрицы. Их преимущество перед сплавами - высокое сопротивление развитию трещин. При применении таких материалов необходима защита торцов изделий из них от контакта с агрессивной средой. Композиционные материалы на основе направленно-кристаллизованных эвтектических сплавов Fe, Ni и Со с Si и др. элементами обладают повышенная жаропрочностью и жаростойкостью.

Антикоррозионные материалы. Повышают коррозионную стойкость металла-основы; применяют их в виде защитных или  защитно-декоративных покрытий, а также в качестве легирующих добавок к коррозионностойким сплавам. Защитные свойства таких материалов зависят от их пористости и взаимодействие металла-основы, металла-покрытия и коррозионной среды. Металлические покрытия защищают сталь по принципу протекторной защиты (покрытия из Al, Zn, Cd) или путем предотвращения контакта коррозионной среды со сталью (покрытия из Сu, Ni, Cr, Ag, Au, Cu-Ni-Cr). Методы нанесения металлических покрытий: погружение изделия в расплав данного металла (горячие покрытия), металлизация (в т.ч. диффузионное насыщение и напыление вакуумное), взрыв, имплантирование, химическое осаждение из газовой фазы, электролиз (гальванические покрытия) из растворов электролитов и расплавов солей. Антикоррозионные металлические материалы могут также использоваться при изготовлении элементов систем электрохимический защиты (катоды, аноды и др.). Сплавы Zn, Al, Мn с различные легирующими элементами применяют в качестве материалов протекторов (анодов), защищающих от коррозии стальные конструкции. При использовании для защиты внешний тока материалами для вспомогательных электродов (катодов или анодов) служат титан с платиновым покрытием, железокремнистые сплавы и графит.

К неметаллическим антикоррозионным покрытиям относятся стекло, стеклоэмали, оксиды Al, Mg и Ti и др. Стеклоэмали  на поверхность стальных, чугунных, алюминиевых и других изделий  наносят одним или несколько слоями с последующей спеканием и оплавлением; оксидныe пассивные пленки - химическим и электрохимическим способами. Равномерные сплошные плотные покрытия, обладающие высокой адгезией к металлу, способствуют повышению прочности, твердости и износостойкости материала-основы.

Широкое применение коррозионностойких материалов реализовано в кровельном производстве. Требования, предъявляемые  к кровельным материалам очень серьезные. С одной стороны кровля должна быть эстетична и красива, а с другой надежна и долговечна. Всем этим требованиям отвечает современная металлочерепица, изготавливаемая из оцинкованной стали покрытой прочным полимерным слоем.

2. ВЯЖУЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ  МАТЕРИАЛЫ, КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ВИДЫ ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ

1. Вяжущие строительные  материалы

2. Кровельные материалы

1. Вяжущие строительные  материалы.

Гипс

Гипсовые вяжущие вещества делят  на две группы: низкообжиговые и  высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaSO4*2H2O до температуры 180-160 0С с частичной дегидратацией двуводного гипса и переводом его в полуводный гипс СаSO4*0,5Н2О.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие  получаются обжигом двуводного гипса при более высокой температуре до 700-1000 оС с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция – ангидрита СаSО4. К низкообжиговым относится строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым – ангидритовый цемент и эстрих-гипс.

Сырьём для производства гипсовых вяжущих служат гипсовый камень и  природный ангидрит СaSO4, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислотный кальций. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

Гипсовым вяжущим (гипсом) называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса  и получаемое путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150-160 0С.

Получение гипса включает две операции:

1)термообработку гипсового камня на воздухе; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь в полуводный сульфат кальция β-модификации;

2)тонкий размол продукта, который  можно производить как до, так и после переработки.

Гипс – мягкий минерал (твёрдость  по шкале Мосса 2). Таким способом производится основное количество гипса; обычно для этого используют гипсоварочные котлы, получается гипс ß-модификации. Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства делают гипс дешёвым и перспективным вяжущим.

Химизм твердения гипса заключается  в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой.

Внешне – это выражается в  превращении пластичного теста  в твёрдую камнеподобную массу. Для гипса проблема снижения водопроводности – снижения пористости и повышения прочности  была решена путём получения гипса в среде  насыщенного пара или в растворах солей. В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса – α-гипс.

Области применения

Главнейшая область применения гипса - устройство перегородок. Гипсоволокнистые материалы используют как выравнивающий слой под чистые полы. Из гипса делают акустические плиты. Гипс используют для изготовления форм (керамики) – формовочный гипс и в медицине для фиксации при переломах - медицинский гипс.

Местные вяжущие  материалы из гипсосодержащих пород.

В районах Средней  Азии и Закавказья применяют местные вяжущие ганч и гожу. Их получают из пород, содержащих гипс и глину. Эти вяжущие используют для штукатурных и художественных работ.

Ангидритовые вяжущие  и высокообжиговый гипс – медленносхватывающиеся и медленнотвердеющие вяжущие, состоящие из безводного сульфата кальция и активизаторов твердения.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом природного гипсового камня. Технологические свойства эстрих-гипса существенно отличаются от свойств обычного гипса. Благодаря пониженной водопотребности эстрих-гипс после затвердевания  образует более плотный и прочный материал. Марки эстрих-гипса: 100, 150 или 200 (кг/см3)

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипса  при температуре 600-700 0С до полной дегидратации. Эстрих-гипс и ангидритовый цемент в настоящее время применяют ограниченно.

Цемент.

Цемент — собирательное название большой группы порошкообразных вяжущих веществ (преимущественно гидравлических), способных при смешивании с водой образовывать пластичную массу, приобретающую затем камневидное состояние. Один из важнейших строительных материалов, применяется главным образом в производстве бетонов и для приготовления строительных растворов. Представляет собой тонкомолотый порошок, как правило, серого или серо-зелёного оттенка; продукт совместного измельчения цементного клинкера, получаемого обжигом (до плавления или спекания) сырьевой смеси, состоящей из бокситов, глины и (или) известняков, и специальных корректирующих минеральных добавок (например, гипса). Цемент — самое прочное вяжущее вещество. Его основные разновидности: портландцемент, шлаковый и пуццолановый цементы, глинозёмистый цемент и др. Качество цемента характеризуется маркой. Марка цементов, применяемых для строительных растворов, не должна быть ниже 200 (цифра, обозначающая марку, указывает прочность цемента на сжатие в кг/см2). Наиболее распространены цементы марок 300, 400, 500 и 600. Схватывание цемента должно наступать, как правило, не ранее чем через 45 минут, а заканчиваться не позднее чем через 12 часов после затворения водой; для полного затвердевания цемента необходимо 28 суток.