Корозионни процеси в чугун
Корозионни процеси в чугуна - секция Геология, Лекционен курс по специални чугуни Обхватът на отливките от специални чугуни обхваща почти всички отрасли на икономиката - добив и преработка на полезни изкопаеми.
Причината за повишената корозия на чугунените отливки е образуването на галванични двойки от конструктивните му компоненти при контакт с агресивна среда. В този случай графитът играе ролята на катод, а металната основа на анода. Галванична двойка, но по-слаба, е цементит и метална основа. Аустенитната матрица има по-нисък електрохимичен потенциал в комбинация с графит и цементит, отколкото перлитната или феритната.
Легираните устойчиви на корозия чугуни имат повишена устойчивост на корозия или чрез предотвратяване на образуването на графит и легиране на матрицата (чугуни с високо съдържание на хром), или чрез легиране, което осигурява създаването на пасивиращи филми върху повърхността на отливката (чугуни с високо съдържание на силиций), или чрез създаване на стабилна аустенитна основа (чугуни с високо съдържание на никел).
Има два основни механизма на корозия - химичен и електрохимичен. По време на химическата корозия повърхностният слой на метала взаимодейства с околната среда, влизайки в химически хетерогенни реакции с нея. Този процес протича без образуване на галванични двойки. Електрохимичната корозия възниква във водни разтвори на електролити, мокри газове, разтопени соли и основи. Свързва се с появата на електрически ток между структурните компоненти, които са елементи на галванични двойки. В този случай протичат едновременно два процеса: окислителен (разтваряне на метала на катода) и редукция (намаляване на кислород и други окислители на анода).
Сред структурните компоненти на сивия чугун (графит, цементит, ферит), графитът (+ 0,37) има най-висок електроден потенциал, а феритът (- 0,44) е с най-нисък. Електродвижещата сила (потенциалната разлика) на галваничната двойка ферит – графит достига
0,81 V, а двойки ферит-циментит 0,1 V, т.е. значително по-малко. Следователно интензивността на електрохимичната корозия на желязото зависи от формата, в която въглеродът, свързан (цементит) или свободен (графит), присъства в чугуна.
Белите чугуни, в които целият въглерод е свързан в карбиди, имат най-висока устойчивост на корозия в различни агресивни среди. В същото време устойчивостта на корозия на нелегирания и нисколегирания бял чугун от своя страна зависи от количеството въглерод в него и следователно от количеството циментит. Броят на възникващите галванични двойки ферит-цементит първо се увеличава с увеличаване на съдържанието на въглерод, достига максимум с еднакво количество в структурата на ферит и цементит и след това намалява поради намаляване на количеството отрицателно зареден ферит и увеличаване на положително зареден цементит, което намалява корозията.
Потенциалната разлика на галваничните двойки зависи от дължината на графитните включвания, тяхното разпределение, формата, вида на металната матрица и агресивността на средата. За да придаде на чугуна висока устойчивост на корозия, графитът трябва да има ламеларна или кръгла форма, малък по размер и равномерно разпределен в металната основа на чугуна.
Допингът има голямо влияние върху корозионната устойчивост на чугуна, което променя електродния потенциал на основата или води до образуването на защитен корозионен филм.
В чисти Fe - C стопилки с високо съдържание на силиций устойчивостта на корозия се увеличава поради образуванетобогат на силиций хомогенен твърд разтвор с нисък отрицателен електроден потенциал, както и поради образуването на защитен филм върху металната повърхност. Малки добавки на силиций влошават устойчивостта на корозия на отливките от сив чугун както в основи, така и в киселини.
Сярата намалява корозионната устойчивост на чугуна поради образуването на серни включвания MnS, FeS.
Фосфорът леко повишава устойчивостта на корозия в киселини, неутрални среди и в атмосферата, когато съдържанието му в чугун е до 0,4 - 0,6%. В алкали фосфорът намалява корозионната устойчивост на чугуна.
Неметалните включвания (оксиди, сулфиди, хидриди, шлакови включвания и др.) Дават на желязото потенциална разлика, достатъчна за развитието на процеса на корозия и следователно са нежелателни.
Всички технологични мерки, които могат да осигурят увеличаване на плътността на отливките, намаляване на съдържанието на газове и вредни примеси (модификация, оптимално охлаждане, рафиниране и др.), Намаляват скоростта на корозия. От голямо значение за осигуряване на устойчивост на корозия е състоянието на повърхността на отливката. Повишава устойчивостта на корозия на твърдата кора от котлен камък, образувана по време на отгряването на чугун, леярска обшивка, ако не е нарушена нейната непрекъснатост.
Корозионната устойчивост на металите и сплавите зависи основно от способността им да пасивират по време на работа.
Пасивността е състояние на относително висока устойчивост на корозия на метал или сплав, причинено от инхибиране на реакцията на анодна метална йонизация в определен потенциален диапазон поради образуването на фазови или адсорбирани слоеве върху металната повърхност. Лесно пасивиращите се метали включват Cr, Al, Ni, Ti, W, Mo, V, Nb, Zr и др. Следователно, легирането на чугуни с такива елементи,води до повишаване на тяхната устойчивост на корозия, не само в случай на образуване на сплави като твърди разтвори, но и поради, например, свързването на въглерода в карбиди и образуването на защитен филм.
В зависимост от скоростта на корозия металите и сплавите се разделят на групи по 10-бална скала. Скалата за Fe - C сплави е дадена в табл. 2.1. Устойчивите на корозия чугуни принадлежат към групи Ι, ΙΙ, ΙΙΙ.
Скала за устойчивост на корозия за желязо и неговите сплави