Лабораторна робота № 3

ЖАРОСТІЙКІСТЬ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ НА ПОВІТРІ

3.1. Мета та об’єкт дослідження

Визначити жаростійкість металу і його сплавів з компонентами, що підвищують його жаростійкість (заліза та хромистої або хромонікелевої сталі, міді та латуні, нікелю та ніхрому) на повітрі при заданій температурі. Жаростійкість визначають за збільшенням маси зразків із досліджуваних металів і сплавів після їх витримки в печі при відповідній температурі.

3.2. Завдання на підготовку до лабораторної роботи

3.2.1. Загальні відомості

Жаростійкістю називається здатність металу до опору корозійній дії газів при високих температурах.

В ряді випадків жаростійкість металів може бути зумовленою їх термодинамічною стійкістю, якщо в даному газовому середовищі при даній температурі і парціальному тиску агресивного компоненту ізобарно - ізотермічний потенціал під час реакції окиснення зростає або не змінюється, тобто, коли

G_r  0 (3.1)

При кінетичному контролі процесу газової корозії металу (при утворенні незахисних пористих плівок) жаростійкість визначається природою металу, а при дифузійному контролі процесу (при утворенні захисних суцільних оксидних плівок) — захисними властивостями оксидної плівки, шо утворюється на металі, тобто здатністю гальмувати просування реагентів (кисню та металу) одне до одного, в багатьох випадках виникає завдяки їх дифузії через цю плівку.

Основними методами захисту металів від газової корозії є:

1) жаростійке легування, тобто введення в склад сплаву компонентів, які знижують швидкість окиснення металу (хрому, алюмінію та кремнію для сплавів на залізній основі);

2) нанесення захисних металевих та неметалевих покриттів. З металевих покриттів найбільш розповсюджені: термодифузійні (термохромування, термоалітування, силіціювання та інші) , отримані при занурюванні в розплавлений метал (наприклад, гаряче алітування сталі), напиленням жаростійкого металу (Al та ін.), а також плакування або наварювання більш жаростійкого сплаву в найбільш відповідальних ділянках конструкції. З неметалевих покриттів застосовують керамічні емалі, покриття з тугоплавких сполук (карбідів, боридів, силіцідів) або для тимчасового захисту азбестосилікатні та інші мастила;

3) застосування захисних або контрольованих атмосфер, тобто штучно створених інертних відносно цього металу газових атмосфер, склад яких залежить від конкретних умов захисту. Для технологічних процесів обробки чорних металів основою цих атмосфер є суміші азоту, водню, вуглекислоти, оксиду вуглецю наступних типів: водень - водяна пара - азот - діоксид вуглецю (СО₂) - водяна пара. Для дослідних цілей та при потребі підвищеного ступеня захисту поверхні металу від окислення застосовують інертні гази (Ar, He) або глибокий вакуум;

4) застосування інших методів, наприклад, згоряння палива з деякою нестачею кисню, додавання присадки до окисної атмосфери, домішок, здатних формувати більш захисні оксидні плівки, нагрівання термообробних деталей в герметичних муфелях або захисних сольових розплавах, застосування індукційного нагрівання, скорочуння часу нагрівання та ін.

Для нагрівання металу перед куванням та прокаткою до 450 – 1300 ⁰ С розроблені печі безокисного нагрівання. Правильніше ці печі потрібно називати печами малоокисного нагрівання, газова корозія металу все ж таки відбувається. Вони побудовані за принципом згоряння палива з нестачею повітря (коефіцієнт витрати повітря  = 0,5), тобто нагрівання відбувається в відновній атмосфері (СО, Н₂, СО₂, Н₂О).

В даній роботі розглянутий спосіб захисту металів від окиснення їх легуванням.

Легування металів сплавів - це введення до їх складу компонентів, що поліпшують захисні властивості оксидної плівки, що утворюється внаслідок зменшення кількості дефектів в гратках оксиду, по яких проходить дифузія реагентів, або утворення на поверхні сплаву захисного оксиду легуючого компоненту (Al₂O₃ на сталі иа бронзі, ВеО на берилієвій бронзі, ZnO на латуні та ін.), або утворення високозахисних подвійних (мішаних) оксидів легуючого компонента з основним металом типу шпінелі (FeCrO₄ на хромистих сталях, FeCr₂О₄, NiFe₂O₄ та NiCr₂O₄ на хромонікелевих сталях, NiCr₂O₄ на ніхромі та ін.).