Конструкционные материалы на основе железа

Коррозионная характеристика металлов – 4 часа.

Коррозионная характеристика железо-углеродистых сплавов. Основные принципы создания коррозионностойких сталей и сплавов.

Конструкционные материалы на основе железа

Конструкционные материалы на основе железа — чугуны и ста­ли — являются самыми распространенными конструкционными ма­териалами как по объему их производства, так и по частоте исполь­зования.

Железо существует в двух аллотропических формах aи γ a-железо называется ферритом, оно магнитно, имеет ОЦК решетку и стабильно при Τ < 910°С и Τ > 1401°С. Устойчивая при вы­соких температурах форма феррита называется δ-феррит. γ-железо имеет ГЦК решетку, не обладает магнитными свойствами и называ­ется аустенитом. ПДК в воде — 0,1 мг/л. Железо (так же, как хром и марганец) относится к черным металлам. В природе оно всегда существует в окисленной форме (в виде руд), содержащей в своем составе также С, О, S, Mn, Cr, Ni и другие элементы.

Стандартный потенциал для реакции Fe²⁺ + 2е ↔ Fe равен

-0,44 В, а для реакции Fe³⁺ + Зе ↔ Fe равен -0,036 В. Однако реально измеряемый на практике потенциал значительно отличает­ся от равновесного.

В присутствие кислорода или других окислителей железо пассивируется и его стационарный потенциал приближается к +0,1 В. Если в растворе находится ион водорода или галоидные ионы, потен­циал железа сдвигается в отрицательную сторону и может достигать значений -0,6 В.

В большинстве сред, за исключением растворов минеральных кислот, при коррозии железа образуются нерастворимые продукты коррозии — ржавчина.

Первичный анодный процесс приводит к образованию ионов двухвалентного железа Fe²⁺. В нейтральных растворах образует­ся гидроксид Fe(II)-Fe(OH)₂, растворимость которого равна 1,64 x 10^-3 г/л. При наличии в растворе О₂ протекает дальнейшая реак­ция — образование гидроксида трехвалентного железа Fe(OH)₃:

Последний имеет растворимость 4,8 x 10^-8 г/л, т.е. значительно меньше, чем Fe(OH)2.

Образование ржавчины происходит в растворе в непосредствен­ной близости от корродирующей поверхности. Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем. Она обладает плохим сцеплением с металли­ческой поверхностью и поэтому плохо защищает железо от коррозии. Состав ржавчины может быть переменным и его выражают общей формулой:

где n,m,q — целые числа.

Железо не является коррозионностойким материалом. В атмо­сферных условиях скорость его коррозии в 5-10 раз превышает ско­рость коррозии цинка, никеля, меди.

Практически все конструкционные материалы на основе железа в тех или иных количествах содержат в своем составе углерод. Рас­смотрим диаграмму фазового равновесия Fe-C. Первым исследова­телем указанной диаграммы был Д.К. Чернов, который обнаружил так называемые «критические точки» (температуры):

770 °С — маг­нитное превращение (точка Кюри);

910 °С — превращение a →γ ;1401 °С —превращение γ → α(δ); 1534°С —плавление; 3200 °С — кипение. Однако поскольку растворимость самого углерода в желе­зе низка и при превышении предела его растворимости выделяется карбид железа — цементит (Fe₃С), то, как правило, рассматривают не стабильную диаграмму состояний Fe-C, а метастабильную Fe-Fe₃С (рис. 7.1). На диаграмме соответственно сплошными и пунктирны­ми линиями обозначено метастабильное и стабильное равновесие. Линии АВ, ВС, CD являются линиями солидус, линии АН, HN, JE — ликвидус. Линии NH, NJ, ES, E’S’, GO, GS, GP, OS, PK, P'K', PQ, МО, очерчивают области равновесий, имеющих место в твердой фа­зе. Линии HJB, E'C'F, ECF являются линиями эвтектического, а ли­нии P'S'K⁷ и PSK — эвтектоидного равновесия. Указанным линиям соответствуют следующие температуры (табл. 7.1.)

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 320; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!