Справочник по конструкционным материалам (Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В. - Справочник по конструкционным материалам), страница 14

73 Таблица 2.12. Классы етейкести металлических материалев По сопротивлению коррозии серые чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом в различных средах могут быть отнесены к различным классам стойкости (табл. 2.13). В сравнительно чистом и сухом воздухе эти чугуны весьма стойки благодаря образованию пассивирующей пленки (~„,р ж 0,025 ммlгод).

Коррозия начинает возрастать при загрязнении атмосферы главным образом сернистым газом. При этом состав и тип чугуна, в частности форма графита и характер матрицы, оказывают сравнительно небольшое влияние. Единственным элементом, полезным в этих условиях, является медь. Роль состава и структуры чугуна также не очень велика при коррозии в природных, промышленных, лечебных и морских водах, хотя высокопрочный чугун, особенно перлитный, обладает более высокой коррозионной стойкостью в морской воде, чем серый. Главное влияние в этих условиях, как и при атмосферной коррозии, оказывают состав среды и плотность отливок.

Растворы солей, гидраты которых придают воде кислотный характер, значительно ускоряют, а соли, дающие при гидролизе щелочные растворы, замедляют коррозиоиный процесс. В условиях почвенной коррозии существенное влияние оказывают такие факторы, как состав и электрическое сопротивление почвы, характер контакта, наличие блуждающих токов и т.

д. В частности, с увеличением удельного электрического сопротивления почвы с 100 — 200 до 2000 Ом см скорость коррозии уменьшается в три раза 181. Несколько болыпее сопротивление коррозии в почве оказывают чугуны марок КЧ и ВЧ, особенно в агрессивной почве. В общем случае для этих чугунов коррозионная стойкость повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении содержания 81„8, Р, Повышают сопротивление коррозии модифицирование, а также легирование Си (до 1,4 %), М (до 3,0 %), Сг (до 1,0 %) Зп (до 02 %).

Так для работы в щелочной среде рекомендукггся чугуны, содержащие, %: 0,8 — 1,0 М и О,б — 0,8 Сг или 0,35 — 0,5 % и 0,4 — О,б Сг. Однако при воздействии иа металл сильных реагентов, кислот и щелочей необходимо применять высоколегированные чугуны. В этих случаях основное значение приобретает химический состав чугуна. Роль структуры, особенно формы выделения графита, значительно меньше. При прочих равных условиях наилучшими являются аустенитная или ферритная структура.

Компактный или пластиичатый графит мало различаются по своему влиянию, если последний разобщен, сравнительно невелик и равномерно распределен. 3Й Ю ЮЪ Ю Ю Ю" 1 о о" о оо ю о о 75 'Ъ Ю ю ю о е$ еа Й ! 1 1 ~1ю и 11 м Ъ~ Повышение сопротивления чугунов коррозии в агрессивных средах достигается легированием элементами, которые обладают высоким потенциалом (Сц, %, Мо) и являются более устойчивыми, либо способны образовывать защитные пассивирующие пленки (Сг, 81, А1) в той или иной среде, либо обладают обоими этими свойствами 181. Химическая стойкость чугунов в кислотах резко увеличивается прн содержании кремния около 15 % (мас.). Сплавы ЧС15и ЧС17 стойки в азотной, фосфорной, уксусной и, что особенно важно, в серной кислоте при любых концентрациях н температуре, а также в смеси азотной и серной кислот. Ферросилиды стойки также в растворах солей, но легко корродируют под воздействием соляной кислоты, крепких щелочей и фтористых соединений.

Для повышения стойкости в соляной кислоте сплавы ЧС15 и ЧС17 легируют до 0,4 % Мо. Образуемые при этом сплавы (ЧС15М4, ЧС17МЗ) получили название антихлоры. Антихлоры устойчивы в соляной кислоте любой концентрации при всех температурах, в азотной кислоте любой концентрации, в лимонной, пикриновой, серной и фосфорной кислотах, в перекиси водорода, четыреххлористом углероде, железном купоросе. Недостатком антихлоров н ферросилидов является большая хрупкость, плохая обрабатываемость и низкие механические свойства, поэтому их применяют только в условиях, когда необходимо обеспечить низкую скорость коррозии (не выше 0,25 мы!год).

В условиях воздействия щелочей используют обычно чугуны, легированные никелем (хромом). Наилучшие результаты достигаются при использовании высоколегированных чугунов типа ЧН15Д7Х2. Эти чугуны стойки также в холодных разбавленных растворах серной кислоты; в соляной кислоте они менее стойки, а в азотной нестойки совсем (см. табл. 2.13). При большом содержании хрома (12 — 35 %) чугуны оказываются химически стойким во многих средах (кислотах, щелочах, солях и особенно в азотной кислоте) благодаря образованию оксидной пассивирующей пленки. В соляной кислоте оксидная пленка на этих сплавах разрушается вследствие воздействия хлоридов. Жаростойкость характеризует работоспособность чугуна при повышенных и высоких температурах в условиях действия малых нагрузок, когда главной причиной разрушения отливок является образование окалины или трещин. Наблюдается также необратимое изменение размеров отливок, которое принято называть ростом.

Жаростойкость оценивается по окалиностойкости — увеличению массы отливки и ростоустойчивости— уменьшению плотности чугуна или увеличению длины образца за 150 ч выдержки при определенной температуре. Для жаростойких чугунов при соответствующей температу- 2 ре у ние ма образца д р ход 0,5 г/и, а д 0,2 %. Р угуна возрастает с повышением температуры и продолжительности выдержки, увеличением числа циклов колебаний температуры (особенно при переходе через критический интервал), скорости изменения температуры и агрессивности атмосферы (рис.

2.1). Причинами, вызывающими рост чугуна, являются также графитнзация и другие фазовые превращения, протекающие с увеличением объема фаз; окисление основного металла и легирующнх элементов; растворение графита и порообразованне; релаксация напряжений. В самых неблагоприятных условиях, например при циклическом изменении температуры в агрессивной среде, необратимое увеличение объема может достигать 20, а иногда 50-100%. Характерными признаками роста являются резкое понижение механических свойств и образование сетки разгара на поверхности отливок. 20 10 0 5 10 15 20 М, циклов 0 5 10 15 20 У, циклов Ф б Рис.

2Л. Изменение объема (а) и линейный рост (б) чугуна в зависимости от числа У циклов нагрева до 900 С [81: а - нагрев серого чугуна с плвстннчагым грифивм в водороде (1), в вакууме (2). в атмосфере печных газов (3) н в атмосфере СО, (4); б- серый (1) н высокощвчный (2) чугуны с феррнгвоа основой следующего актам,% (мас)." 1-327-3 43 С; 2,19-2 23 81; 047-0 Я Мп; О,!3-020 Р; до 015 8; 2-то же за нсклкгченнем до 001 8; кроме того, 005-0077 Мв н 1,5-1,95 % Измельчение и уменьшение количества графита и размера эвтектического зерна, замена перлита ферритом в структуре повышают окалиностойкость и ростоустойчивость серых чугунов. Этому способствуют уменьшение содержания углерода и кремния, замена обычного чугуна модифицированным, низкое содержание легирующих элементов (Сг, % и др.).

Более высокими окалиностойкостью и ростоустойчивостью обладают высокопрочные чугуны (рис. 2.1, 6). Колкий чугун с типичным для него выделением углерода отжига занимает при одной и той же матрице промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Иа воздухе серый чугун сохраняет повышенную стойкость при температурах до 450— о о 500 С, в атмосфере печных газов — лишь до 350 С, в атмосфере водяного пара — не выше 300 С.

В высокопрочном чугуне с шаровидным графитом явление роста практически е не наблюдается при температурах до 400-500 С. При более высоких температурах следует применять специальные легированные чугуны. Наиболее часто для повышения жаростойкости чугуны легируют 81, А1 и Сг, Влияние Я н А1 на окалиностойкость и ростоустойчивость чугуна не однозначно (рнс. 2.2). При небольших добавках этих элементов в обычный чугун с цластинчатым графитом рассматриваемые свойства ухудшаются. Даже незначительное количество 81 в белых чугунах резко понижает их окалиностойкость. Однако прн достаточно высоком содержании Я и А1 окалиностойкость и ростоустойчивость чугунов резко повышаются.

Благоприятные результаты действия высоких концентраций 81 на окалиностойкость и ростоустойчивость связаны с получением стабильной структуры (графит + кремнеферриг). По мере увеличения содержания 81 критические точки располагаются при более высокой температуре. Так при6%ЯточкаАс, находитсяоколо950 С,апри7%8! — около1000 С. 77 Ьти, г/(м~ ч) ИЛ % 36 1,4 1,2 1,О 24 0,8 гО 16 О,б 0,4 О,г 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 Содержание легнрующих элементов, %(мас.) И 6 Рне.

2.2. Влияние содержания легирутощих элементов на увеличение массы (а) и линейный рост(6) серого(1-3) и высояонрочного (!' — 3') чугуна прн 950-1000 С(10): 1,!'- увеличение содержания 81; 2, г'- то же А1; 3 — то же Ст фнтизацию эвтектоидного цементнта, измельчает включения графита и повышает сопротивляемость окислению металлической основы вследствие повышения температуры образования вюститной фазы. Этн свойства оптимальны при содержании Сг > 15 %. Жаропрочные хромистые чугуны (> 10% Сг), как правило, являются белыми чугунами.

Никель повышает жаростойкость чугунов даже при небольших добавках (0,5 — 2,0 %). Однако это влияние ощутимо липть в области относительно низких температур. При 950 'С жаростойкими являются чугуны, содержащие не менее 25 % М. При таких концентрациях никеля чугуны имеют однофазную аустеннтную структуру металлической основы. Для повышения жаростойкости и сохранения других свойств наиболее эффективно комплексное легирование, например хромом и никелем, хромом и медью, кремнием н алюминием и т. д.

В табл. 2.14 приведены марки и области применения некоторых жаростойких легированных чугунов. 78 Кремний, входя в твердый раствор, повышает температуру образования непрочной вюститной фазы г'еО4, т. е. увеличивает стойкость металлической основы против окисления.