окислення поверхневий шар плівки значно збагачується оксидами заліза.
. Легування сталей на жаростійкість
Легування стали елементами з меншим, ніж у заліза іонним радіусом (наприклад, Cr, Al, Si, та ін .; див. табл. 7.7) зменшує параметр решітки утворився складного оксиду, сповільнюючи дифузійну рухливість іонів кисню і основного металу (заліза), що й сприяє підвищенню жаростійкості сталі.
Основними легуючими елементами стали, що підвищують її жаростійкість, є хром, алюміній і кремній, що утворюють міцні захисні оксидні плівки.
Найбільш важливим легуючим елементом, що підвищує жаростійкість сталей, є хром. Хромисті стали завдяки утворенню щільної і міцної захисної плівки ставляться до кращим технічним сплавам з підвищеним опором окисленню в газовій і пароводяної середовищах. Оскільки щільності оксидів Fe2O3 і Cr2O3 близькі (5100-5200і 5210 кг/м3 відповідно), збагачення захисних плівок оксидом хрому не викликає в них додаткових об'ємних змін і напруг, що могло б призвести до їх руйнування. Достатня жаростійкість при робочій температурі 700 ° С забезпечується содержанием в стали 5% Cr. Для роботи при більш високих температурах (до 1100 ° С) вміст хрому в сталі необхідно збільшити до15-25%.
Легування алюмінієм і кремнієм, що знижує дифузійну рухливість іонів Fe в утворилися складних оксидах FeO · SiO2 і FeO · Al2O3, значно підвищує жаростійкість сталей. Але низька щільність оксидів Al2O3 і SiO2 (2200 і 3960 кг/м3 відповідно) порівняно з оксидом заліза може призвести до значних об'ємним змінам, виникненню напруг і руйнування захисних плівок. Крім того, підвищена концентрація в стали Si ( gt; 4%) і Al ( gt; 1,5%) призводить до зниження її технологічних властивостей - зменшенню пластичності і більшої схильності до крихкого руйнування.
Найбільше підвищення жаростійкості дає одночасне легування стали декількома елементами: Cr і Si, Cr і Al або Cr, Si і Al. При цьому легування хромом підвищує жаростійкість найбільшою мірою, а Si і Al тільки підсилюють дію Cr, але самостійного значення практично не мають.
При високих температурах (вище 800 ° С) в повітряній атмосфері окислення і зневуглецювання стали сповільнюється з підвищенням вмісту в ній вуглецю, що пов'язано з інтенсифікацією процесу утворення оксиду вуглецю СО, що утворює в окалині газові бульбашки.
Сірка, фосфор, нікель і марганець, присутні в сталі, практично не впливають на високотемпературне окислення заліза, а титан, мідь, кобальт і берилій, хоча і незначно, але підвищують опір окисленню в газовому середовищі. Введення в сталь в невеликих кількостях Мо (до 0,7%) і V (0,1-0,35%) уповільнює окісленіеіз-загальмованість дифузійного переносу атомів заліза в стали. Але перевищення зазначених кількостей Мо і V сильно прискорює окислення внаслідок утворення їх легкоплавких і летких оксидів МоО3 (Тпл=795 ° С) і V2O5 (Тпл=660 ° С) на поверхні сталі.
Підвищення жаростійкості тугоплавких металів може бути досягнуто:
) легуванням для отримання складних нелетких оксидів (наприклад, Nb + Ti? TiO2 · 3Nb2O5);
) легуванням для наближення відносини Vок/VМе до одиниці (Nb + V або Мо);
) легуванням елементами, оксиди яких термодинамічно стійкіше основного металу (Nb + Ti або Zr);
) легуванням оксидами для отримання дисперсно-зміцнених матеріалів типу Ме + оксид (W + ThO2; Mo + Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2 та ін.).
Практична реалізація жаростійкого легування обмежується наступними причинами:
концентрація легуючої добавки повинна бути невисокою через заограніченной розчинності компонентів квазібінарних сістемоксід-оксид;
розходження в спорідненості компонентів сплаву до кисню і їх різна дифузійна рухливість в сплаві і окалині ускладнює рівномірний розподіл легуючих катіонів у плівці, а, отже, і типу провідності оксиду по глибині шару.
Висновок
Метали складають одну з основ цивілізації на планеті Земля. Їх широке впровадження в промислове будівництво і транспорт сталася межі XVIII-XIX. У цей час з'явився перший чавунний міст, спущено на воду перше судно, корпус якого був виготовлений із сталі, створені перші залізниці. Початок практичного використання людиною заліза належать до IX віці до нашої ери. Саме в цей період людство перейшло з бронзового століття в століття залізний.
У XXI столітті високі темпи розвитку промисловості, інтенсифікація виробничих процесів, підвищення основних технологічних параметрів (температура, тиск, концентрація реагуючих засобів та ін.) висувають високі вимоги до надійної експлуатації технологічного обладнання та будівельних конструкцій...
