строение (557054), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Но в присутствии загрязнений, растворенных солей, газов (СОм $0м оксидов азота и др.) из окружающей среды могут стать как щелочными (при увеличении ОН-), так и кислыми (больше Н+). Такие электролиты способны растворять образующиеся на поверхности металлов защитные пленки продуктов коррозии и резко ускорять коррознонные процессы в результате развития электрохимической коррозии. При высоких температурах в этих средах усиливается газовая коррозия.
Поскольку агрессивными реагентами воды и водяного пара являются и кислород, и водород, механизм высокотемпературного химического окисления сопровождается электрохимической коррозией. йэезко ускоряет коррозионное разрушение в воде и водяных парах облучение, вызывающее структурные повреждения металлов, разрушение поверхностных пассивационных оксидных пленок и снижение их электрохимических потенциалов. При облучении происходит разрушение молекул воды с образованием ионов и атомов кислорода, водорода и группы ОН. Кислород окисляет металл, водород наводороживает его и охрупчивает, ионы ОН вызывают растворение поверхностных защитных оксидных пленок.
Так, об- ' Химический состав воздуха: 21% ОМ 78% 1ЧН 0.94% инертнмо газы; - 0,03 $д СОо, оса.— водяной пар, случайные примеси. лучение нейтронами увеличивает скорость коррозии алюминиевых сплавов в 2... 3 раза, а циркониевых до 50... 70 раз. К мерам борьбы относится рациональный выбор состава сплава, способного поглощать нейтроны.
Скорость окисления в атмосферах Н,— Н,О из-за малого парциального давления кислорода для многих 'материалов (никель, железо и их сплавы) меньше, чем на воздухе, а некоторые сплавы (высоколегированные ванадийсодержащие стали и сплавы) вообще не склонны к коррозии в водяном паре. Минеральные загрязнения водяного пара (Иа«$04, ИаОН, ХаС!) негативно влияют на протекание коррозии, многократно ускоряя ее. Металлы способны восстанавливать воду: ЗМе + 4Н,О = = Ме,О, + 4Н„абсорбируя (растворяя) образующийся водород, что приводит к охрупчиванию материала.
Наводороживание в ряде материалов (сплавы Т1, Лг и др.) приводит к особому виду коррозионного растрескивания, называемому водородной хрупкостью. Водородную хрупкость ряда металлов и сплавов объясняют появлением в микропорах структуры зон повышенного внутреннего давления вследствие скопления в них атомов водорода, получаемых в результате электрохимических реакций коррозии, а также блокировкой плоскостей скольжения. Высокая реакционная способность многих материалов к газам окружающей среды, в том числе к водороду, большая проблема при их получении, обработке и эксплуатации при высоких температурах.
Основными методами борьбы с водородной хрупкостью является использование ингибиторов, уменьшающих внедрение водорода в металл, технологических приемов, изменяющих механизм коррозии с выделением водорода, специального обезводороживакхцего вакуумного отжига металла. Чрезвычайно агрессивны по отношению к элементам металлических конструкций продукты сгорания авиационно-ракетных топлив.
В качестве последних применяются высокоэнергетические смеси жидких и твердых горючих (углеводороды, жидкий водород, металлизированные горючие и др.), а в качестве окислителей— воздух, кислород, фтор, азотная кислота и др. Кроме высокотемпературного окисления, водородного охрупчивания большую опасность для материалов газодинамического тракта двигателей представляет сульфидная коррозия, вызываемая присутствием в продуктах сгорания топлив соединений серы ($0«, Н«8 и др.) А также «вольная» коррозия, возникающая под действием золы — минеральных веществ (хлоридов, сульфидов, оксидов, сульфатов ванадия, щелочноземельных и др.
металлов), находящихся в продуктах сгорания в парообразном, жидком, твердом состояниях. Повышение стойкости к сульфидной вольной коррозии достигается: легированием сплавов элементами, способными образовывать на поверхности защитные слои оксидов, сульфидов и др., повышающих сопротивление сплавов воздействию агрессивных компонентов среды; нанесением на поверхность специальных за- 184 щитных покрытии, непроницаемых для этих компонентов; ингибиторной обработкой топлив, исключающей образование наиболее агрессивных составляющих в продуктах горения; специальными конструктивными решениями.
Большинство металлов и сплавов имеют достаточную стойкость против коррозии только в ограниченном числе сред. Например, ниобий, обладая высокой коррозионной стойкостью при нормальной и слегка повышенной температуре на воздухе, в кислороде, воде, аммиаке, азотной кислоте и других средах, не устойчив в плавиковой кислоте и щелочах, фторидах, катастрофически разрушается в высокотемпературных кислородсодержащих средах, в том числе и на воздухе. Нержавеющие стали устойчивы против окисления на воздухе, в водяном паре, продуктах сгорания многих топлив в двигателях до 800 ...
900 'С, в азотной кислоте, но склонны к обезуглероживанию, наводораживанию, к некоторым видам «вольной», сульфидной коррозии и т. п. Поэтому основы выбора материалов для разнообразных назначений техники летательных аппаратов могут быть даны с учетом эксплуатационной среды при обязательном использовании справочной литературы по свойствам металлов и сплавов в коррозионных средах.
й 9. Электрические н магнитные поля Внутреннее строение металлических материалов находится в тесной связи с воздействием внешних факторов, из которых наибольшее воздействие оказывает температура, что нашло отражение при анализе фазового и структурного состояния с помощью диаграмм состояния. Температурное воздействие особенно эффективно при изменении внутреннего строения с помощью термической и химико- термической обработки. Однако наряду с температурным воздействием можно влиять на внутреннее строение силовым воздействием, что проявляется в изменении структуры при пластическом деформировании, а совместное влияние температуры и внешней нагрузки может привести к значительному изменению структуры и свойств при ползучести и при термомеханической обработке.
Помимо температуры и силового воздействия на внутреннее строение материалов оказывают влияние электрические и магнитные поля. В меньшей мере зто воздействие проявляется на металлических материалах, так как внешнее электрическое поле не проникает внутрь металла, а экранируется внешним поверхностным слоем, где в основном проявляется его воздействие. Для полупроводников и диэлектриков действие электрического поля распространяется в глубинные слои материалов, в гораздо большей мере воздействуя на их свойства. Однако электрические и магнитные поля могут влиять на структуру и свойства металлических материалов, хотя это влияние менее значительно по сравнению с термическим.
Основной механизм влияния электрического поля следует связывать с его действием ос йа уйедьную поверхностную энергию, величина которой во многом' определяет процессы, происходящие при формировании структуры за счет кристаллизации и рекристаллизации, в процессах образования и роста новых фаз при термической обработке и в процессах пластической деформации и разрушения материалов. Процессы пластического деформирования можно облегчить при воздействии отрицательного электростатического поля, когда уменьшается удельная поверхностная энергия деформируемого металла.
Особенно сильно проявляется действие электрического поля в процессах ползучести, когда многократно замедляется или ускоряется скорость деформирования под действием положительного или отрицательного электрического поля. Значительно влияет напряженность воздействукхцего поля. С ростом напряженности пропорционально изменяется скорость ползучести, хотя даже весьма слабые поля (порядка десятых долей вольт/см) уже изменяют скорости ползучести.
На наблюдаемый эффект влияет и скорость ползучести. При малых скоростях ползучести наблюдается более сильное воздействие электрического поля. Особое значение приобретает влияние электрического поля при формировании структуры, т. е. при проведении процессов кристаллизации и термической обработки. Наложение электрического поля в этом случае может привести к необратимым структурным изменениям, улучшающим структуру и свойства материалов.
Физическая природа такого явления связана с увеличением растворимости легирующих добавок, содержащихся в сплаве. Г1олучение более легированного твердого раствора увеличивает твердость, прочность и жаропрочность при проведении соответствукхцей термообработки. Имеет также значение, что при проведении термической обработки при воздействии электрического поля можно получить структуру с большим количеством мелкодисперсных частиц по сравнению с обычной термической обработкой. При воздействии электрического поля наблюдается некоторое смещение линий на диаграмме состояния (рис.
118). Так, линия предельной растворимости меди в алюминии смещена вправо, что свидетельствует об увеличении растворимости меди при воздействии электрического поля по сравнению с растворимостью без его воздействия. Таким образом, нагрев под закалку можно производить при воздействии электрического поля до более низких температур.
В неметаллических материалах под действием электрического поля происходит процесс поляризации — смещение связанных электрических зарядов на ограниченное расстояние. В технике для сравнения диэлектриков по степени поляризации, т. е. способности их накапливать заряды, пользуются понятием относительной диэлектрической проницаемости е, представляющей собой отношение количества зарядов Я на обкладках конденсатора с данным диэлектриком к количеству зарядов 9, при вакууме между электродами, причем Я и Я, получены при одинаковых напряжении и размерах конденсаторов, т. е. в = О/1~ю Рис. ы8.
Влиянме электрического паля нв диаграмму состояния снстем» ю — си нрн воздезствн» электряческого поля (пун ктнрна» лннню е — величина безразмерная и всегда с,'г больше единицы. Неметаллические материалы мо- х гут выдержать только определенное напряжение, выше которого они превращаются в проводники.
То на- Г пряжение, при котором происходит ж Г пробой диэлектрика, называется про- / СЦД!2 бивным напряжением, обозначается / (/,р. Пробивное напряжение диэлектрика тем выше, чем он толще. Поэтому для сравнения различных диэлектриков пользуются параметром, ~ з а гг а называемым электрической прочно- "У" стью. Электрическая прочность диэлектрика, или пробивная напряженность поля Е„„ оценивается Е„г = = (/„г/Ь, где Й вЂ” толщина диэлектрика.
В случае неоднородного поля принимают среднее значение (/„'гр. Электрическая прочность характеризует способность диэлектрика противостоять разрушающему действию электрического поля. Она зависит, в первую очередь, от агрегатного состояния диэлектриков. Различают два основных вида пробоя: тепловой и электрический. При тепловом пробое ток, проходящий через диэлектрик, разогревает его, в переменном поле нагрев вызывают также поляризации замедленного типа, а нагрев приводит к дальнейшему снижению активного сопротивления; происходит непрерывный рост температуры; при достижении некоторой критической напряженности поля тепловыделение будет превышать теплоотдачу и разогрев материала приведет к тепловому разрушению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
