Влияние механических факторов

В химической промышленности применяются аппараты, работающие в условиях высоких механических нагрузок, больших скоростей движения жидких и газовых сред, высоких давлений и температур, что часто является причинами аварии.

Высокие напряжения могут вызвать общее разрушение или разрушение местного характера, например, растрескивание, особенно когда имеются агрессивные среды (коррозионная усталость). Коррозионной усталости подвержены насосы, компрессоры, турбины, пароперегреватели, шатуны двигателей и др. При сварке создаются внутренние напряжения.

В углеродистых сталях, низколегированных сталях известна щелочная хрупкость, которая наблюдается в паровых котлах с концентрацией щелочи в воде выше 15%, при температуре выше 65˚С и при наличии механических напряжений. Они носят электрохимический характер.

К мерам снижения растрескивания металлов относятся правильное конструирование с выбором металла; рациональное технологическое изготовление узлов и деталей аппаратов; обработка поверхности; электрохимическая защита; замедлители коррозии (ингибиторы); легирование; термическая обработка; покрытия; электрохимическая защита.

Для предотвращения коррозии в условиях усталости металла используют:

- циклическую нагрузку, действие агрессивных сред;

- обработку наклепом;

- электрическую закалку токами высокой частоты;

- азотирование, сульфидирование.

Для предотвращения щелочной хрупкости котельного металла необходимо устранить агрессивность воды, механические и термические напряжения, неплотности в швах и в вальцовочных соединениях котлов. Решающим фактором является выбор металла: низколегированные стали, СХЛ-2, с никелем и медью. Необходимо также свести до минимума термические смещения и деформации элементов с ингибиторами () и с .

Коррозия сплавов зависит от структурных особенностей и диаграмм состояния. Сплавы бывают однофазные, которые часто используют в машиностроении, - это твердые растворы. Различают твердые растворы трех типов:

1)замещения,

2)внедрения,

3)вычитания.

Твердые растворы замещения. При образовании твердых растворов этого типа атомы растворителя в узлах решетки замещаются атомами растворяющегося элемента. В твердых растворах наблюдается также замещение в кристаллической решетке одного химического соединения другим, или атомов металла в химическом соединении. Известно большое количество сплавов с неограниченной растворимостью, например, CO-Fe, Vn-Cu, Fe-Cr, Cr-Ni, Cu-Ni и др.

Необходимыми условиями являются:

– взаимодействующие компоненты должны иметь одинаковые кристаллические решетки;

– атомные диаметры сплавляемых элементов должны быть одинаковыми;

– электрохимические свойства взаимодействующих элементов не должны сильно отличаться.

Твердые растворы внедрения. В кристаллической решетке твердых растворов внедрения атомы растворенного элемента не замещают атомы растворителя, а располагаются между атомами в узлах решетки: атомы располагаются в узлах решетки. Чаще всего твердые растворы внедрения образуются при растворении в металлах переходных групп неметаллов с малыми диаметрами, таких как водород, азот, углерод, бор. В частности, твердый раствор углерода в γ – железе (аустенит) является твердым раствором внедрения. Твердые растворы внедрения чаще всего образуют металлы, имеющие гранецентрированную кубическую решетку.

Твердые растворы вычитания. Эти сплавы: с дефектной решеткой, образуются при растворении в химическом соединении двух компонентов избытка одного, причем часть узлов решетки освобождается от атомов растворителя и не заполняется атомами другого компонента. Например, алюминий и кобальт дают химическое соединение, которое может растворять избыток кобальта или алюминия. Когда в твердом растворе, в котором растворителем является химическое соединение, имеется избыток атомов алюминия, то часть узлов решетки, которые при стехиометрическом соотношении между компонентами должны быть заняты атомами кобальта, остаются пустые. Такие же пустые места в решетке имеют растворы Sb в NiSb, карбидные фазы стали, нитриды титана и др.

При легировании коррозионно-неустойчивого металла атомами металла устойчивого, в данной агрессивной среде, при условии, что оба компонента дают твердый раствор, и при отсутствии в сплаве заметной диффузии, полученный сплав приобретает химическую стойкость только при определенных соотношениях компонентов в сплаве. Эти определенные соотношения для таких двухкомпонентных твердых растворов вытекают из так называемого правила границ устойчивости твердых раствором, сформулированного Тамманом и выражающего зависимость между концентрацией твердого раствора и его коррозионной устойчивостью (так называемое n/8).