Лабораторная работа № 2

Контрольные вопросы

Задание на самостоятельную работу

Обработка экспериментальных данных

После измерений и расчетов заполнить таблицу 1.2.

По полученным данным построить график в координатах lgV - 1/Т и определить эффективную энергию активации по формуле:

, кДж/моль, (1.8)

где

, V₂>V₁ и Т₁>Т₂ . (1.9)

Сделать выводы о влиянии температуры на скорость газовой коррозии.

По материалам лекций и учебной литературы изучить вопрос о влиянии температуры на скорость газовой коррозии.

1. Что называется химической коррозией?

2. Что называется газовой коррозией?

3. Что является критерием возможности протекания газовой коррозии?

4. Как классифицируют пленки на металлах по толщине?

5. По какому уравнению определяют энергию активации?

6. Как влияет температура на скорость окисления углеродистой стали?

7. Для каких металлов выполняется линейный закон роста пленок?

8. Для каких металлов выполняется параболический закон роста пленок?

9. Для каких пленок характерно появление цветов побежалости?

10. Каким образом подготавливают образцы к выполнению лабораторной работы?

11. Какие приборы используют при выполнении лабораторной работы?

12. Какова толщина оксидных пленок на железе?

13. Как рассчитывают скорость газовой коррозии?

14. Что показывает уравнение Аррениуса?

15. Какие механизмы роста пленок вы знаете?

16. В каких случаях выполняется логарифмический закон роста пленок?

17. В каких случаях выполняется степенной закон роста пленок?

18. Поясните суть уравнения Эванса.

19. Какие пленки являются не видимыми?

20. Какие пленки являются видимыми

ЖАРОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

2.1 Цель проведения лабораторной работы

Провести оценку жаростойкости металлов и сплавов на воздухе при заданной температуре с использованием показателей коррозии.

Задачи проведения лабораторной работы состоят в том, чтобы

знать: сущность понятий «жаропрочность» и «жаростойкость», основные виды жароустойчивых материалов;

уметь: экспериментально оценивать жаростойкость различных материалов.

2.2 Основные теоретические положения

Химическая коррозия – это взаимодействие металла с коррозионной средой, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает в одном акте. Ее первопричиной является термодинамическая неустойчивость металлов в разных агрессивных средах.

Наиболее распространенным и практически важным видом химической коррозии металлов является газовая коррозия. Она протекает при многочисленных высокотемпературных технологических процессах получения и обработки металлов (выплавке и разливке металла, нагреве перед прокаткой, ковке, штамповке, термообработке и т.д.), работе оборудования в условиях влияния высоких температур (арматура нагревательных печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т.д.).

Поведение металлов и сплавов в этих условиях оценивается двумя характеристиками: жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – это способность металла оказывать сопротивление коррозионному влиянию газов при высоких температурах.

Жаропрочность – способность металла сохранять при высоких температурах необходимые механические свойства: длительную прочность и сопротивление ползучести.

При коррозии в кислородсодержащих газах поверхность металла покрывается пленкой оксидов других соединений, от защитных свойств которой в значительной мере зависит жаростойкость металлов и сплавов.

Заметными защитными свойствами могут обладать лишь сплошные пленки. Возможность их образования определяется условием:

(2.1)

где V_ок – молекулярный объем оксида или другого соединения; V_Ме – атомный объем металла, из которого образуется оксид или другое соединение.

Жаростойкость металлов и сплавов можно в значительной мере повысить легированием – введением в их состав компонентов, которые улучшают защитные свойства образующихся пленок. В результате этого на поверхности сплава образуется слой оксидов легирующего компонента или высокозащитных двойных оксидов легирующего компонента с основным металлом типа шпинели (FeCr₂O₄, NiFe₂O₄ и др.).

В установившемся режиме скорость химической коррозии определяется кинетическими возможностями протекания отдельных стадий процесса: кристаллохимическим превращением (кинетический контроль процесса); диффузией реагентов в образовавшейся пленке продуктов коррозии (диффузионный контроль процесса); обеими этими стадиями одновременно при соизмеримом сопротивлении их протеканию (диффузионно-кинетический контроль процесса).

При кинетическом контроле процесса (образование несплошных пористых пленок) жаростойкость определяется природой металла, а при диффузном контроле (образование сплошных оксидных пленок) - защитными свойствами пленки, которая образуется на металле.

2.3 Приборы и принадлежности

Приборы: аналитические весы, муфельная электрическая печь с автоматическим регулятором температуры.

Принадлежности: пять тиглей из огнеупорного материала, пять промаркированных плоских образцов металлов и сплавов, штангенциркуль, наждачная и фильтровальная бумага, содовый раствор.

2.4 Порядок проведения работы

2.4.1 Включить электрическую печь. Терморегулятор установить в положение, которое соответствует температуре проведения исследований (700-900⁰С). Температуру и положение регулятора указывает преподаватель.

2.4.2 Испытуемые плоские образцы зачистить наждачной бумагой. Штангенциркулем измерить геометрические размеры образцов и рассчитать величину их поверхности. Обезжирить содовым раствором, промыть проточной водой, осушить фильтровальной бумагой, потом электрополотенцем. Взвесить на аналитических весах с точностью ±0,001 г (m_o) и поместить в открытые тигли из огнеупорного материала.

2.4.3 По достижении в печи заданной температуры (контрольная лампочка начинает периодически включаться и отключаться), с помощью щипцов установить тигли с образцами в самую горячую зону муфеля и выдержать при этой температуре на протяжении 30-60 мин. (по заданию преподавателя). Вынуть тигли из печи и установить на огнеупорную подставку для охлаждения. Во избежание потери части окалины при охлаждении тигли накрыть огнеупорной пластиной.

2.4.4 После охлаждения взвесить каждый тигель с образцом, а потом каждый пустой тигель на аналитических весах с той же точностью.

Массу образца после эксперимента (m) рассчитать по формуле:

m = m₂ - m_т (2.2)

где m₂ – масса тигля с образцом и окалиной, г; m_т – масса тигля, г.

Результаты экспериментов для каждого исследуемого металла и сплава занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты экспериментальных измерений

Результаты определений	Материал образца	Примечания
Размеры образца, мм Поверхность образца S, м^2 Начальная масса образца mo, г Температура, ^оС Продолжительность окисления τ, часов Масса тигля с образцом и окалиной m2, г Масса тигля mт, г Увеличение массы m, г Показатель , г/м^2×час Показатель , г/м^2×час

2.5 Обработка экспериментальных данных

2.5.1. Для каждого из исследуемых материалов рассчитать положительный массовый показатель коррозии по формуле:

= г/м²×
час, (2.3)

где Δm⁺ = m – m_o – увеличение массы образца металла, г; τ – продолжительность испытания, часов; S – поверхность образца, м².

2.5.2 Выполнить пересчет положительного показателя изменения массы в отрицательный по формуле:

, (2.4)

где А_ме – атомная масса металла; А_ок – атомная масса окислителя (кислорода); П_ме – валентность металла; П_ок – валентность окислителя.

Обычно образуются оксиды Cu₂O, TiО₂, на стали Х18Н10 – FeCr₂O₇ а на стали Ст 3-80% FeО и 20% Fe₃O₄.

2.5.3 Рассчитать глубинный показатель коррозии по формуле:

К_n = (2.5)

где ρ_ме – плотность металла (таблица 2.2), г/см³.

Таблица 2.2 – Плотность некоторых металлов

Металл	Плотность, г/см^3	Металл	Плотность, г/см^3
Al	2,70	Mo	10,23
Cr	7,16	Ni	8,90
Cu	8,93	Ti	4,54
Fe	7,86	W	19,30

2.5.4 На основании полученных значений показателей коррозии сделать выводы о сравнительной жаростойкости исследованных материалов.

2.6 Задание на самостоятельную работу

Ознакомиться с основными видами жароустойчивых материалов, используемых в технике.

Ознакомиться с десятибалльной шкалой коррозионной стойкости металлов.

Определить группу стойкости для всех исследованных материалов по десятибалльной шкале.

Дата добавления: 2015-05-07