Материаловеденье

План:

1.1        Коррозионно-стойкие материалы.

1.2        Коррозионно-стойкие непассивирующиеся металлы.

1.3        Коррозионно-стойкие пассивирующиеся металлы.

1.4        Коррозионно-стойкие покрытия.

2.1        Поверхностная закалка стали.

1.1 Коррозионно-стойкие материалы.

   Конструкционные материалы при эксплуатации в коррозионной среде должны обладать не только определенными механическими свойствами, но также высокой коррозионной стойкостью.

   Коррозией металлов называют самопроизвольные разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой.

   Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию среды, т. е. процесс в них развивается с малой скоростью.

1.2 Коррозионно-стойкие непассивирующиеся металлы.

   В тех случаях, когда обратимый электродный потенциал в заданных условиях коррозии близок к обратимому потенциалу катодной реакции, коррозионный ток мал и металл обладает высокой коррозионной стойкостью.

   По этой причине электроположительные металлы Au, Pt, Ag, Cu, а так же Sn и Pb, потенциал которых имеет небольшие электроотрицательные значения, обладают коррозионной стойкостью во многих средах; Au, Pt, Ag имеют коррозионную стойкость во всех средах.

   Медные сплавы, в состав которых входят электроотрицательные металлы, имеют высокую коррозионную стойкость в условиях равномерной атмосферной и морской коррозии. Это является результатом того, что легирующие металлы, растворяясь в меди, не изменяют потенциал основной фазы.

   Латуни коррозионно-стойки при равномерной коррозии, но склонны к коррозионному растрескиванию во влажной атмосфере, по этому после их обработки давлением необходим отпуск для устранения внутренних напряжений.

   Все медные сплавы коррозионно-стойки во многих органических кислотах. Однако ионы меди, появляющиеся в электролите в результате ее электрохимического растворения, токсичны. В связи с этим при использовании меди и ее сплавов в пищевой промышленности поверхность покрывают оловом, серебром или золотом.

1.3 Коррозионно-стойкие пассивирующиеся металлы.

   Несмотря на большой отрицательный обратимый электродный потенциал металла вследствие большой анодной поляризации в коррозионном элементе устанавливается небольшой коррозионный ток, и металл разрушается с очень малой скоростью. Пассивное состояние связывают с образованием на поверхности защитных пленок.

   Способностью переходить в пассивное состояние обладают многие технические металлы. Для большинства металлов пассивность наступает в окислительных средах и  даже самопроизвольно на воздухе.

   Наибольшей склонностью к самопассивированию на воздухе обладают титан, алюминий и хром.

   Титан в пассивированном состоянии по своей коррозионной стойкости уступает только золоту и платине. В отличие от остальных материалов он сохраняет пассивность во влажной атмосфере даже при нагреве, в неокислительных, окислительных, морской воде, а так же горячих щелочах. Титановые сплавы сохраняют высокую коррозионную стойкость.

   Хромистые стали коррозионно-стойкие при температуре не выше 30°С во влажной атмосфере воздуха, водопроводной и речной воде, в азотной и многих органических кислотах. В морской воде они подвержены коррозионному растрескиванию.

   При содержании хрома 13,17 и 25% стали являются не только кррозионно-стойкими, но и жаростойкими.

   Заэвтектоидная сталь 40Х13 по своим свойствам соответствует инструментальным сталям. Она пригодна для изготовления хирургического и бытового режущего инструмента, а также шарикоподшипников, работающих в коррозионных средах.

1.4 Коррозионно-стойкие покрытия

   Металлические и неметаллические коррозионно-стойкие покрытия являются распространенным средством повышения долговечности изделий при работе  в коррозионной среде.

   Металлические покрытия по механизму своего влияния делят на катодные и анодные.

   Катодные покрытия изготовляют из более электроположительного метала. Они экранируют анодные участки метала и повышают электродный потенциал поверхности. Вследствие высокой коррозионной стойкости они долговечны, но не выносят механических повреждений.

   Анодные покрытия изготовляют из более электроотрицательного метала. Разрушаясь, он предохраняет метал от коррозии. Анодные покрытия применяют при атмосферной и морской коррозии.

   Неметаллические покрытия представляют собой вещества с ионным или молекулярным типом связи, являющимися по своим электрическим свойствам диэлектриками или полупроводниками. Вследствие большого омического сопротивления электрохимическая коррозия в них не развивается.

   Неметаллические высокомолекулярные покрытия во многих случаях легко отслаивается, хрупки и разрушаются при относительно небольших нагрузках. В некоторых случаях предпочитают изготовлять детали и элементы целиком из полимеров и пластмасс, что обеспечивает конструкции долговечность в эксплуатации.

2.1 Поверхностная закалка

   Поверхностная закалка применяется с целью получения высокой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины.

   Основные параметры при закалке — температура нагрева и скорость охлаждения. Температуру нагрева для сталей определяют по диаграммам состояния, скорость охлаждения — по диаграммам изотермического распада аустенита.

   Доэвтектоидные стали нагревают до температуры выше критической точки Ас3 на 30-50 °С. Если такие стали нагреть до температуры между критическими точками Ас1 и Ас3 и охладить, то в структуре закаленной стали, кроме мартенсита, будет присутствовать феррит, что существенно ухудшает свойства. Такая закалка называется неполной. Заэвтектоидные стали при закалке нагревают до температуры Ас1+ (40,60 °С). После охлаждения с таких температур получают структуру мартенсита с включением вторичного цементита, который повышает твердость и износостойкость режущего инструмента. Если заэвтектоидную сталь нагреть выше критической точки Аст, то после закалки получится дефектная структура грубоигольчатого мартенсита. Время нагрева зависит от размеров детали и теплопроводности стали, и его обычно определяют экспериментально.

   Продолжительность выдержки при температуре закалки выбирают такой, чтобы полностью произошла гомогенизация образовавшегося аустенита.

   Для получения нужной структуры детали охлаждают с различной скоростью, которая зависит от охлаждающей среды, формы изделия и теплопроводности стали. Выбирая охлаждающие среды, следует учитывать закаливаемость и прокаливаемость данной стали.

Закаливаемость — способность стали принимать закалку, т.е. приобретать при закалке детали высокую твердость. Закаливаемость определяется содержанием углерода в стали. Низкоуглеродистые стали (до 0,20% С) практически не закаливаются, так как при закалке их твердость не повышается. Под прокаливаемостью понимают глубину прокаливания закаленной зоны. За глубину прокаленной зоны принято считать расстояние от поверхности до слоя, где в структуре будут примерно одинаковые объемы мартенсита и троостита. Чем медленнее происходит превращение аустенита в перлит, т.е. чем больше устойчивость переохлажденного аустенита, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость.