Среднеуглеродистые стали 30,35,40,45,50,55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые (см. табл. 3.2).
Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40,45,50.
Раздел 4. Коррозия металлов.
Тема 4.1. Коррозия металлов и методы борьбы с ней.
Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.
Под воздействием внешней среды многие металлы и сплавы постепенно окисляются и разрушаются. Разрушение начинается с поверхности и с течением времени распространяется в глубь металлического изделия. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию среды. Процессы коррозии в таких металлах протекают с малой скоростью. Антикоррозионная защита металлов имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку обусловливает надежность и долговечность эксплуатации машин, механизмов, различных металлических сооружений (нефте- и газопроводов, железнодорожных мостов, опор линий электропередач и др.).
Практически все металлы (кроме золота, платины и серебра) под действием влаги, воздуха, газов, растворов кислот и щелочей корродируют и разрушаются. Различают два основных вида коррозии — электрохимическую и химическую.
Электрохимической коррозией называют процесс самопроизвольного взаимодействия металла с коррозионной средой, в ходе которого последовательно протекают окисление металла и восстановление окислительного компонента. Она развивается во влажной атмосфере и почве, в морской и речной воде, водных растворах солей, щелочей и кислот. При электрохимической коррозии возникает коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие его электрохимического взаимодействия с электролитом. Электролитами при этом могут быть любые жидкости, проводящие электрический ток.
Коррозия большинства металлов протекает по электрохимическому механизму. Примерами могут быть ржавление металлических конструкций в атмосфере, корпусов судов в речной и морской воде, коррозия оборудования химических предприятий, стальной арматуры гидросооружений.
При соприкосновении металла с электролитом положительно заряженные ионы металла с поверхности переходят в электролит. При этом электролит становится положительно заряженным, а поверхность металла — отрицательно. Между металлом и электролитом возникает электродвижущая сила. Вследствие постоянного перехода ионов с поверхности металла в электролит будет происходить его постепенное растворение, т.е. коррозия.
Количество электролита при коррозии может быть весьма незначительным. Например, для начала процесса коррозии достаточно конденсации влаги из воздуха на поверхности металла, поэтому электрохимическая коррозия наблюдается и в закрытых помещениях.
В зависимости от условий, в которых протекают коррозионные процессы, различают атмосферную, морскую, почвенную, кислотную и щелочную, по характеру разрушения — равномерную и местную коррозию. Кроме того, выделяют другие виды коррозионного разрушения.
Кавитационая коррозия — это разрушение металла в результате электрохимической коррозии и ударного воздействия кавитационных пузырьков электролита при его движении с большой скоростью.
Точечная коррозия — вид местной коррозии в электрохимически неоднородной коррозионной среде. Это наиболее опасный вид коррозии, так как распространяется на значительную глубину и быстро приводит изделие в негодность. Чаще всего точечная коррозия наблюдается в местах механических повреждений поверхности изделия (риски, царапины, задиры), поэтому она особенно опасна для герметичных конструкций (трубопроводы, емкости, аппараты химической промышленности и т.п.), поскольку контроль за состоянием их поверхностей затруднен.
Межкристаллитная коррозия представляет собой хрупкое коррозионное разрушение по границам кристаллов, возникающее в результате структурных превращений в процессе эксплуатации.
Коррозия начинается с поверхности и распространяется в глубь изделия, в основном по границам зерен. Этот вид коррозии имеет место также при термической обработке стали или при обработке давлением, если неправильно выбраны режимы нагрева. Такая коррозия мало заметна при визуальном осмотре, поэтому представляет определенную опасность.
Коррозионная усталость — это разрушение металла при одновременном воздействии циклических нагрузок и агрессивной среды. Установлено, что разрушение металлов при коррозионной усталости более значительно, чем при раздельном воздействии циклических нагрузок и коррозионной среды. Вследствие этого выносливость металлов в коррозионной среде существенно уменьшается.
Химическая коррозия — разрушение металла вследствие химического взаимодействия с внешней коррозионной средой. Продуктами химической коррозии являются химические соединения металла с окислительными компонентами среды, например образование ржавчины, вызванное действием кислорода и влаги:
4Fe + 2Н20 + 302 = 2(Fe203 Н20)
Химическая коррозия развивается при воздействии на металл сухих газов (например, продуктов сгорания топлива), сухого водяного пара, кислорода, а также жидкостей, не проводящих электрический ток.
В чистом виде химическая коррозия наблюдается, например, при высокотемпературном нагреве стали для горячей обработки давлением или термической обработки (образование окалины), на деталях топок и котлов, тепловых двигателей, газо- и нефтепроводов.
В отдельных случаях пленки из образовавшихся при химической коррозии соединений предохраняют металлы от дальнейшего разрушения. Например, плотная оксидная защитная пленка образуется на поверхности алюминия, никеля, хрома и некоторых других металлов. Пленки оксидов железа на стальных деталях непрочные, они неплотно прилегают к поверхности металла и не препятствуют проникновению коррозии в глубь деталей.
Для оценки степени разрушения металлов в процессе коррозии принят показатель, называемый коррозионной стойкостью. Коррозионную стойкость металлов можно оценить внешним осмотром, при этом определяют характер распространения коррозии, особенности продуктов коррозии, прочность их сцепления с поверхностью металла и т.п.
Мерой коррозионной стойкости металлов может быть скорость коррозии, которую определяют по изменению массы металла в результате коррозии, отнесенной к единице площади поверхности, в единицу времени. В частности, скорость коррозии выражают массой (в граммах) металла, превращенного в продукты коррозии за единицу времени (1 ч) и отнесенной к единице его поверхности (1 м2).
На скорость коррозии влияет состав металлов, их механическая и термическая обработка, состояние поверхности, а также температура, характер среды и нагрузки. С повышением температуры скорость коррозионных процессов возрастает. Полированные поверхности окисляются медленнее, так как пленка оксидов более равномерна по толщине и поэтому более прочно сцеплена с поверхностью металла.
По способности противостоять коррозионному воздействию внешней среды металлы подразделяют:
• на коррозионно-стойкие, обладающие стойкостью к электрохимической коррозии (например, высоколегированные хромистые стали);
• жаростойкие, способные сопротивляться коррозионному воздействию агрессивных газов в ненагруженных или слабо нагруженных конструкциях, при высоких температурах (выше
550 °С);
• жаропрочные, работающие в нагруженных узлах машин и длительно сохраняющие работоспособность при высоких температурах;
• кислотостойкие, не разрушающиеся в агрессивных кислотных средах.
• Все конструкционные и инструментальные материалы в большей или меньшей степени подвержены коррозионному действию внешней среды. Большая часть изделий в машиностроении изготовлена из сталей и чугунов, поэтому их защита от коррозии представляет наибольший интерес.
• Существует много способов защиты металлов от коррозии. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы или хранения изделия. В настоящее время с целью увеличения срока службы изделий и обеспечения надежности их работы используют следующие способы защиты от коррозии: нанесение металлических и неметаллических покрытий, применение ингибиторов коррозии, химическая и электрохимическая защита.
• Металлические покрытия применяют для защиты от коррозии деталей машин и приборов, а также различных металлоконструкций. При этом выбирают металл, обладающий достаточной коррозионной стойкостью в данной среде. В ряде случаев нанесенные покрытия могут повысить износостойкость не только отдельных деталей, но и изделия в целом.
• Различают два типа металлических покрытий — анодное и катодное. При анодном покрытии изделие защищают металлом с большим отрицательным электродным потенциалом. Срок службы анодных покрытий возрастает при увеличении их толщины. Анодное покрытие защищает основной металл готовых изделий электрохимически. Для железоуглеродистых сплавов в качестве анодного покрытия может быть использован цинк или кадмий. Покрытие из цинка наносят также на медь, латунь, алюминий. Цинковые покрытия широко применяют для защиты листовой стали, а также водопроводных труб и различных резервуаров от действия воды и других жидкостей.
• Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основного металла. Нарушение сплошности покрытия (например, механическое повреждение) приводит к усилению электрохимической коррозии основного металла. Для сталей катодным покрытием может быть олово, медь, никель.