Чем необходимо руководствоваться при выборе материалов материаловедение

Основы выбора материала.

Выбор материала для детали является сложной задачей, так как в боль­шинстве случаев деталь можно создать либо из различных материалов, либо из сложных совокупностей.

Правильный выбор материала может быть сделан на основании анализа функционального назначения детали, условий ее эксплуатации и технологических показателей с учетом следующих факторов:

1. Материал является основой конструкции, т. е. определяет способ­ность детали выполнять рабочие функции в изделии и противостоять действию климатических и механических факторов. Например, в качестве диэлектрика конденсатора постоянной емкости, работающего в контуре высокой частоты, применяют материал с малым значением тангенса угла потерь. В противном случае конденсатор внесет большое затуха­ние в контур и снизит его добротность. Если конденсатор имеет обкладки с большим сопротивлением, то потери в нем будут также большими, если даже диэлектрик имеет малый тангенс угла потерь.

2. Материал определяет технологические характеристики детали, так как обрабатывается определенными технологическими методами. Например, объемные детали из текстолита можно обрабатывать только резанием. Те же детали из пластмасс изготавливают прессованием, что дает большую производительность при серийном и массовом произ­водстве.

Припрочих равных условиях следует выбирать тот материал, кото­рый допускает обработку наиболее прогрессивными методами: литьем, штамповкой, прессовкой, обработкой на станках-автоматах и т. д. Особенно это относится к деталям сложной формы, так как обработка их резанием увеличивает трудоемкость и материальные затраты.

3. От свойств материалов зависит точность изготовления детали. Так, точность штампованных гнутых изделий зависит от упругих свойств материала: после изъятия детали из штампа она распружинивает, по­этому деталь из мягкой стали при прочих равных условиях будет изго­товлена с большей точностью, чем та же деталь из пружинящей стали.

От точности изделия зависит точность узла или прибора, куда оно вхо­дит. Поэтому выбор материала влияет на стоимость, Так, стоимость изделия из керамики, обработанного шлифовкой, при высоких требо­ваниях к точности изготовления значительно увеличивается.

4. Материал влияет на габариты и массу прибора. Так, использова­ние алюминиевых сплавов для шасси аппарата может дать сокращение массы в 1,5 – 3 раза при полном удовлетворении требований к прочно­сти и жесткости; использование высококачественных трансформатор­ных сталей позволяет значительно сократить количество металла в трансформаторе и тем самым уменьшить его массу и габариты, что весь­ма важно для специальной малогабаритной аппаратуры.

5. Материал оказывает влияние на эксплуатационные характери­стики детали, на ее надежность и долговечность. Контакты переклю­чателя из латуни в сложных климатических условиях выдерживают не­значительное число переключений. Календарный срок службы этих контактов независимо от числа переключений также крайне ограничен, так как окисление материала приводит к нарушению электрического контакта в переключателе. Те же детали, выполненные из стойких к окислению материалов (серебра, золота), выдерживают десятки тысяч переключений и в определенных условиях могут эксплуатироваться годами без дополнительной подрегулировки.

Выбор марки материала для соответствующих деталей нужно про­изводить так, чтобы технические параметры этого материала (электри­ческие, механические и др.) были согласованы с требованиями, предъ­являемыми к разрабатываемой конструкции.

Удовлетворить в полной мере всем эксплуатационным и производ­ственно-технологическим требованиям не всегда представляется воз­можным. Эти требования часто вступают в противоречие и приводят к различным конструктивным решениям. Задача конструктора заключается в выборе наиболее правильного компромиссного решения, при котором наиболее полно удовлетворяются главные требования к кон­струкции.

При конструировании деталей электронной аппаратуры конструк­тору приходится иметь дело с очень широкой номенклатурой материа­лов, обладающих различными физико-химическими свойствами. В за­висимости от этих свойств используемые материалы можно классифи­цировать по различным признакам.

С точки зрения электропроводности все материалы подразделяют на проводники, полупроводники и диэлектрики. Рассмотрим провод­ники и диэлектрики. ­

К проводникам относят все металлы. Однако различные металлы обладают различной электропроводностью. Когда решающим факто­ром является малое удельное сопротивление электрическому току, то применяют медь, алюминий и другие материалы, обладающие малым удельным сопротивлением.

К материалам относят также провода и кабели, хотя многие из них состоят из металлических проводников, покрытых снаружи слоем изо­ляционного материала, исключающего возможность замыкания раз­личных цепей электронного устройства.

Металлы широко используют в качестве конструкционных материа­лов для изготовления деталей. Номенклатура таких материалов необы­чайно велика: это различные марки углеродистых и легированных сталей, алюминиевые сплавы для холодной обработки и литья, магниевые спла­вы, медные сплавы (латуни и бронзы) и др.

Материалы для холодной обработки выпускают в виде плит, листов, ленты, прутков (круглых и шестигранных), проволоки, трубок, уголков и других профилей сложных сечений.

Пластмассы.К числу диэлектриков относятся пластмассы, слоистые пластики и др. По механическим характеристикам они, как правило, уступают металлам. Так как многие детали электронных устройств при работе не несут больших нагрузок, то для их изготовления часто применяют пластмассы даже тогда, когда от детали не требуется элек­троизоляционных свойств. Связано это с тем, что при использовании пластмасс можно применять такие высокопроизводительные техноло­гические процессы, как прессование и литье, которые позволяют за одну технологическую операцию получить деталь сложной формы. Это дает большой экономический эффект при серийном и массовом производстве.

Отечественная промышленность выпускает большое количество различных пластмасс, различающихся физическими и технологическими характеристиками.

К группе термореактивных материалов относятся порошки K-21-22 и K-211-2, которые обладают хорошими электроизоляционными свой­ствами. Их применяют для изготовления ламповых панелей, каркасов катушек и других деталей, работающих в поле высокой частоты.

Порошки К-211-З и К-211-З4 отличаются от предыдущих тем, что в них наполнитель из древесной муки заменен на минеральный, в резуль­тате чего они обладают повышенной теплостойкостью. Материал мар­ки Кб (асбобакелит) имеет в качестве наполнителя асбестовое волокно и обладает повышенной механической прочностью и теплостойкостью; его изоляционные свойства хуже, чем у предыдущих порошков.

У порошков марок K-18-2, K-17-2, К-18-З, К-20-2 электроизоляцион­ные свойства хуже, чем у порошков K-21-22, K-211-2. Марки типа K-18-2, K-17-2 и другие применяют при изготовлении бытовой электроаппара­туры, неответственных изоляционных деталей в радиовещательной аппаратуре, ручек управления, клемм и т. д.

Материал АГ – 4 получен на основе модифицированной фенолформаль­дегидной смолы и стекловолокна в качестве наполнителя. Высокая теплостойкость, хорошая механическая прочность и электроизоляцион­ные свойства обеспечили ему широкое распространение для самых разнообразных целей.

Аминопласты воспринимают красители, благодаря чему из них можно прессовать декоративные детали любого цвета. Они обладают дугостойкостью, поэтому их целесообразно использовать при изготов­лении коммутационной аппаратуры.

Термопластичные материалы обладают наименьшей влагопогло­щаемостью и лучшими электроизоляционными свойствами, особенно в диапазоне сверхвысоких частот. К этой группе относится полиэтилен (теплостойкость 100 – 120ºС) и полистирол (теплостойкость 800ºС).

Полиэтилен, имеющий хорошую гибкость, используют в качестве изоляции в высокочастотных кабелях.

Полистирол используют при изготовлении каркасов катушек и дру­гих деталей, работающих в поле высокой частоты. К числу его недостат­ков следует отнести склонность к образованию поверхностных трещин при изменении температуры окружающего воздуха, а также в резуль­тате старения.

Наиболее теплостойким материалом является фторопласт–4, кото­рый одновременно обладает хорошими диэлектрическими свойствами до диапазона сверхвысоких частот (СВЧ). Детали из фторопласта из­готавливают методом механической обработки из прутков или брусков.

Для изготовления деталей радиоаппаратуры, работающей в условиях влажного тропического климата, применяют материалы, стойкие к гри­бообразованию. К их числу относятся К-18-22, К-211-З, К-211-З4, АГ-4, фторопласт-4, полиэтилен и др.

К числу слоистых пластиков относятся гетинакс, стеклотекстолит. Листовой гетинакс и стеклотекстолит выпускают также с на­клеенным тонким слоем медной фольги.

Керамические материалы. Все керамические материалы подразде­ляют на следующие три типа:

А – для изготовления высокочастотных конденсаторов;

Б – для изготовления низкочастотных конденсаторов;

В – высокочастотный материал, предназначенный для изготовле­ния установочных изделий и других радиотехнических деталей (антен­ных изоляторов, катушек высокостабильных контуров и т. д.).

Каждый керамический материал по температуре, при которой его можно использовать, относят к одной из четырех категорий:

l-я – от – 60 до + 85°С;

Из этих материалов можно изготавливать различные по размерам и конфигурации электроизоляционные детали.

На каждый материал, выпускаемый промышленностью, имеются технические условия (ТУ) или ГОСТы. В этих документах приводятся технические характеристики материалов с допустимыми отклонениями, а также изменения характеристик под действием различных факторов (температуры, повышенной влажности и т. д.).

На материалы, выпускаемые в виде листов, лент, прутков, проволо­ки и т. д., В ГОСТах и ТУ приводится сортамент, т. е. сведения оформе, размерах и допусках.

При выборе материала конструктор должен учитывать не только его физико-механические свойства, обеспечивающие выполнение задан­ной функции деталью, но и должен выбрать такой сортамент, который позволит изготовить деталь требуемой конфигурации с наименьшими затратами.

Источник

ВЫБОР МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

При выборе металлов и сплавов для изделий машиностроения учитывается их коррозионная стойкость в конкретных условиях эксплуатации, склонность к контактной и щелевой коррозии, технологические свойства; свариваемость,

Коррозионная стойкость металлов и сплавов в конкретных средах оценивается с учетом опыта, накопленного в различных отраслях машиностроения. При необходимости проводятся дополнительные коррозионные испытания.

Разнообразие сред и их сочетаний, с которыми могут контактировать металлические поверхности, усложняет задачу выбора конструкционного материала и ставит ее в ряд особо важных при разработке новой техники.

При выборе конструкционных материалов, защитных покрытий или конфигурации отдельных элементов изделия рекомендуется пользоваться морфологическим подходом — методом логической организации идей.

Так, при выборе материала для наружной крышки (кожуха) роторной газонокосилки конструктор предъявляет к нему следующие требования [41]: материал должен легко штамповаться (быть пластичным), иметь относительно высокую ударную вязкость и небольшую плотность; поверхность материала должна хорошо обрабатываться для защиты от коррозии (естественная защита или окраска); стоимость материала крышки должна быть значительно ниже стоимости материала, из которого изготовляются работающие детали; крышка должна легко крепиться к раме, выдерживать вибрации и быть съемной. После этого конструктор приступает к построению матрицы решений (табл. 4).

Коэффициенты значимости задаются с учетом требований к изделию. Следует отметить, что эти коэффициенты для состава и плотности материала равны нулю, так как указанные свойства существенно не влияют на принятие реше-

4. Матрица решений при выборе материала для крышки роторной газонокосилки

ния в конкретной ситуации.

В табл. 5 приведена качественная характеристика коррозионной стойкости основных конструкционных материалов в средах химического производства, в табл. 6 — в некоторых пищевых средах [29]. Как следует из приведенных данных, для большинства сред можно выбрать достаточно стойкие материалы.

В машиностроении используются в основном конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества и качественные углеродистые стали, содержащие до 1 % марганца.

Условные обозначения те же,

Коррозионная стойкость углеродистых сталей снижается главным образом наличием примесей серы, которая вызывает межкристаллитную коррозию, образуя с железом и марганцем сульфиды, которые концентрируются по границам зерен. Примеси серы в небольших количествах межкристаллитную коррозию углеродистых сталей не вызывают.

Коррозионностойкие стали легируются металлами с более высоким, по сравнению с железом, потенциалом, а также легкопассивирующимися металлами.

Основным легирующим элементом железоуглеродистых сталей является хром, обладаю-

щий способностью пассивироваться. Вторым по значимости легирующим элементом является никель, который повышает коррозионную стойкость сталей, улучшает их механическую прочность, пластичность, а также способность к сварке.

Среди нержавеющих сталей в наибольшей степени подвержены щелевой коррозии хромистые стали. Более устойчивы к этому виду коррозии хромоникелевые стали, однако и они подвергаются интенсивным разрушениям в щелях, если коррозионная среда содержит активаторы, например хлор-ионы. Области применения основных коррозионностойких сталей, выпускаемых в СССР, следующие [36, 39]:

высокопрочные, коррозионностойкие стали

мартенситного, мартенсито-ферритного и

08X13; 12X13; 20X13 — для изготовления деталей, подвергающихся воздействию слабоагрессивных сред (атмосферных условий, кроме морских, водных растворов солей органических кислот при комнатной температуре, растворов азотной кислоты слабой концентрации, продуктов жизнедеятельности животных, дезрастворов и т. д.). Стали применяются в тех случаях, когда детали должны обладать определенным запасом пластичности и ударной вязкости. Сталь 08X13 используется как жаростойкий материал при температурах до 800 °С, а 20X13 — при температурах 450—550 °С. Сталь 08X13 обладает высокой коррозионной стойкостью во многих пищевых продуктах: фруктово-ягодных смесях, сахарном сиропе, патоке, пищевом масле и др. Стали удовлетворительно свариваются различными видами сварки, деформируются в холодном и горячем состоянии;

30X13; 40X13 — для изготовления тяжелона- груженных деталей, пар трения, торцовых уплотнений химических аппаратов и поршневых компрессоров, работающих в слабоагрессивных средах (водных растворах солей, азотной и некоторых органических кислотах невысоких концентраций) при температуре до 30 °С. Применяются для изготовления режущего, мерительного и хирургического инструментов, пружин, подшипников. Стали достаточно стойкие в условиях воздействия пресной воды, пара, бензина, атмосферы. Холодная пластическая деформация сталей ограничена;

20Х17Н2Б—Ш(ВД); 14Х17Н2; 95X18 —для изготовления тяжелонагруженных деталей (ножей, фильтров и валов шнековых машин, втулок подшипников, колец торцовых уплотнений, валов и мешалок оборудования с перемешивающими устройствами и др.), подвергающихся сильному износу и действию умеренно агрессивных сред: азотной и органической кислот (за исключением уксусной, муравьиной, молочной, щавелевой), большинства растворов солей органических и неорганических кислот при различных концентрациях и температурах.

высокопрочные коррозионностойкие стали

09Х15Н8Ю; 07Х16Н6; 08Х17Н5МЗ — для изготовления высоконагруженных деталей (дисков распиливающих сушилок, уплотняющих колец сепараторов, роторов и валов центрифуг, пластин прямоточных клапанов в компрессорах, режущих устройств шнековых машин и т. д.), работающих в растворах азотной, фосфорной, уксусной кислот, солей, в атмосферных условиях, сернокислых средах (08Х17Н5МЗ). Сталь 07Н16Н6 используется как жаростойкий материал при температурах до 400 °С, а сталь 08Х17Н5МЗ — при температурах до 550 °С. Стали хорошо свариваются, деформируются в горячем состоянии;

06Х16Н7М2Ю — для изготовления дисков распыливающих сушилок при сушке двойного суперфосфата, клапанных пластин в компрессорах конвертированного газа, плунжеров и пружин карбонатных насосов. Рекомендуется для сварных конструкций;

ОЗХ14Н7В — для валов погруженных центробежных насосов, работающих в нефтяных скважинах;

стали аустенитного класса

10Х14Г14Н4Т; 10Х14АГ15 — для изготовления деталей оборудования, работающего в средах слабой агрессивности (органических кислотах невысоких концентраций и умеренных температур), а также оборудования по производству кормовых дрожжей; для кислородных компрессоров, установок газоразделения, работающих при температурах до 196 °С, а также как жаропрочные, применяющиеся при температуре до 700 °С. Сталь 10Х14АГ15 используется для изготовления деталей торгового оборудования, приборов бытового назначения (кроме режущих элементов, холодильников, стиральных машин), а также деталей оборудования пищевой и мясомолочной промышленности.

12Х18Н10Т; 12Х18Н9Т; 08Х18Н10Т — для

сварных конструкций, работающих в средах средней агрессивности (продуктах сгорания топлива, разбавленных растворах азотной, фосфорной, органических кислот, за исключением муравьиной, щавелевой, молочной, продуктах жизнедеятельности животных, дезрастворах, растворах щелочей и солей, органических и неорганических кислот при различных температурах и концентрациях, органических растворителях, атмосферных условиях и т. д.). Для повышения износостойкости пар трения рекомендуется применение упрочняющей технологии (азотирование, поверхностный наклеп). Стали используются в качестве жаростойкого и жаропрочного материала. Хорошо свариваются всеми видами ручной и автоматической сварки, обладают технологичностью при горячей и холодной пластическай деформации;

10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T — для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях действия кипящей фосфорной, муравьиной, уксусной кислот и других сред повышенной активности. Для повышения износостойкости пар трения рекомендуется применение упрочняющей технологии (азотирование, поверхностный наклеп);

стали аустенито-ферритного класса

08Х22Н6Т; 06Х22Н5Б — для изготовления

сварной химической аппаратуры (реакторов, теплообменников, емкостей испарителей, арматуры, трубопроводов), в том числе для приготовления катализаторов, полимеризации, сушки в производстве полиолефинов, синтетических каучуков, кормовых дрожжей и вакцин, а также сварной аппаратуры, работающей в среде кипящей 65 %-ной азотной кислоты, при выпарке и нейтрализации аммиачной селитры в производстве азотной кислоты, в производствах калийной селитры, мочевины, красителей, капролактама, фосфорной (до 65 %-ной концентрации при температуре до 185°С) и уксусной (60 %-ной концентрации до температуры кипения, 80 %-ной — до 40 °С) кислот. Используются как заменители; сталей типа Х18Н10Т и Х18Н9Т в умеренно агрессивных средах.

08Х18Г8Н2Т — для изготовления химической аппаратуры, работающей преимущественно в окислительных средах (емкостей реакторов, тру- ‘ бопроводов и т. д.). Используется как заменитель сталей Х18Н10Т и Х18Н9Т. Обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в 60 %- ной азотной кислоте при температуре до 80°С, 25 %-ной фосфорной, 32 %-ной уксусной, 10 %- ной щавелевой кислотах. Рекомендуемый температурный интервал использования — от — 50 до + 300°С. Сталь хорошо сваривается ручной и автоматической сваркой, подвергается гибке и штамповке в холодном и горячем состоянии;

12Х21Н5Т — для изготовления деталей ваку- ум-выпарных аппаратов и сушильно-распылительных установок, валов с мешалками, оборудования с перемешивающими устройствами и сварных конструкций, работающих в умеренно агрессивных средах, не вызывающих межкри- сталлитную коррозию. Рекомендуется в качестве заменителя стали Х18Н9Т в средах производства молочных продуктов, вина, кормовых дрожжей и вакцин. Рекомендуемый температурный интервал использования — от —40 до +300°С;

08Х21Н6М2Т — для изготовления емкостей, реакторов, теплообменников, арматуры, трубопроводов и т. д., работающих в окислительновосстановительных средах. Рекомендуется в качестве заменителя сталей 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М2Т в производствах серной кислоты (92% Н204 + 7 % 02 при 40—60°С), 15 %-ной лимонной кислоты при 60 °С, термической фосфорной кислоты (80%—Н3Р04 при 100 6С), сульфитной и сульфатной целлюлозы (фильтрующая аппаратура), синтетического каучука (отжимные и сушильные машины), меланина, синтетической морской воды, хлористого аммония методом выпаривания и других. Для сред повышенной агрессивности, содержащих муравьиную, уксусную, щавелевую кислоты (не выше 5 %-ной концентрации), а также для фосфорной кислоты (до 32 %) Р2Об), содержащей фтористые соединения, борной кислоты с примесью серной кислоты (до 1 %) и 10 %-ной кремнефтористоводородной кислоты при температуре до 40 °С. Сварное оборудование рекомендуется эксплуатировать при температурах от —4 до +300°С. Сталь хорошо сваривается всеми видами ручной и автоматической сварки, подвергается гибке и штамповке в холодном и горячем состояниях;

ОЗХ21Н6М2Т — для изготовления деталей сварной химической аппаратуры взамен стали JOX17H13M2T в производстве мочевины, уксусной кислоты, капролактама, а также в условиях действия кипящей фосфорной, серной, 10 %-ной

10Х32Н8; 10Х32Н8—Ш(ВД) — для тяжело- нагруженных деталей, подвергающихся сильному износу в средах умеренной агрессивности. Коррозионная стойкость данной стали такая же, как стали Х18Н9Т. Рекомендуется также в качестве износостойких наплавок;

сплавы на железоникелевой основе

06Н28МДТ — для изготовления деталей сварной аппаратуры, в том числе реакторов; теплообменников, трубопроводов, емкостей, работающих в растворах, содержащих ионы хлора, серной и фосфорной кислот при температуре до 80 °С. Сплав сваривается ручной и автоматической сваркой в защитном газе и с применением флюса;

ОЗХН28МДТ — для изготовления деталей сварной аппаратуры, применяемой в производстве минеральных удобрений, серной кислоты всех концентраций, в среде экстракционной фосфорной кислоты (32 % Р2О5) с примесями фтора при температуре до 60 °С и в других производствах для сред повышенной агрессивности. Сплав хорошо сваривается электродуговой и аргонодуговой ручной и автоматической сваркой;

04ХН40МДТЮ — для изготовления тяжело- нагруженных деталей (сепараторов, центрифуг, сушилок) и другой химической аппаратуры, подвергающейся одновременному воздействию износа и агрессивных сред (растворов серной кислоты с концентрацией до 60 % при температуре до 80 °С, растворов фосфорной кислоты с концентрацией до 70 % при температуре до 80 °С, 10 %- ной кислоты фтористоводородной при 70 °С, 110—115%-ной полифтористой кислоты при 120—135 °С, сернистого газа при температуре до 400 °С, обессоленной, деаэрированной воды при 330 °С и давлении 15 МПа (150 кгс/см2). Рекомендуется к применению в следующих производствах: полиэтилена низкого давления (ионов хлора до 150 мг/л, pH до 2, температура до 90 °С), двойного суперфосфата, капролактама, а также для оборудования коксохимических (отделение хлората натрия от твердых частиц графита) и металлургических заводов (купоросные установки, работающие в водных растворах 20 %-ной серной кислоты и 15 %-ного железного купороса при температуре до 40 °С). Сплав имеет удовлетворительную технологичность при горячей и холодной пластической деформации и обработке резанием. Сварное соединение без горячих трещин может быть получено при толщине сварных элементов до 6 мм;

сплавы на никелевой основе

ХН70МФ—для изготовления изделий, работающих при высоких температурах в серной (всех концентраций при температуре до 100°С), фосфорной, органических кислотах, а главное, в соляной кислоте всех концентраций и при всех температурах, включая температуру кипения. Сваривается ручной аргонодуговой и электроду- говой сваркой;

ХН65МВ — для изготовления сварных конструкций (ректификационные колонны, пленочные испарители, разлагатели и др.), работающих при повышенных температурах в сернокислых средах, обладающих окислительным характером, в концентрированной уксусной кислоте, сухом хлоре, хлоридах железа и других высоко

агрессивных средах. Сваривается аргонодуговой и электродуговой сваркой. Подвергается пластической деформации при 1200—950 °С;

ХН60МБ — для изготовления изделий, работающих в контакте с растворами кремниефтористоводородной кислоты при 80 °С, азотной и фос-

Рис. 53. Анодные поляризационные кривые алюминиевых сплавов и малоуглеродистой стали в

водном растворе Na2S04:

1 — сталь СтЗкп; 2 — алюминий АК-5М2. легированный титаном (до

форной кислот, в производстве минеральных удобрений. Сварку сплава при толщине деталей 4—

10 мм проводят ручным электродуговым способом электродами марки ОЗЛ—21. Подвергается пластической деформации при температурах 1200—900 °С.

После сталей к числу наиболее распространенных материалов можно отнести алюминий и его сплавы. Алюминий обладает способностью к самопассивации в окислительных средах. Он стоек в воде и водных растворах солей, во влажных газах при pH растворов от 4 до 9, в концентрированных серной и азотной кислотах, во многих органических кислотах. Однако алюминий разрушается в средах, не обладающих окислительными свойствами. Легирование алюминия титаном повышает его способность к пассивации (рис. 53).

Коррозионные свойства алюминия и его сплавов в щелях и зазорах имеют свои особенности. Сплавы, которые в объеме электролита находятся в пассивном состоянии, могут потерять пас

сивное состояние в зазоре, в результате чего увеличится скорость коррозии. Зависимость скорости коррозии алюминия и некоторых алюминиевых сплавов от ширины зазора приведена на рис. 54 [29].

Медь и ее сплавы имеют слабо выраженную способность к пассивированию, в связи с чем они

Рис. 54. Зависимость скорости

коррозии алюминия и его сила

вов от ширины зазора в 0,5—Ы

водном растворе NaCl:

/ — алюминий; 2— Д16 плакирован

ный; 3 — АМц; 4 — АМг; 5 — В95 не

плакированный; 6 — Д16 неплакиро

не стойки в сильных окислительных средах (азотной, концентрированной серной кислотах, кислых растворах солей хромовой кислоты).

Более высокими коррозионными свойствами обладают сплавы меди: бронзы, латуни, сплавы с никелем, мельхиор, никелин и др.). Скорость коррозии меди и оловянистой бронзы в зазорах почти на два порядка ниже, чем на поверхности со свободным доступом электролита, латунь корродирует в зазорах сильнее, чем в объеме электролита.

К новым коррозионностойким материалам относятся титан и его сплавы. Титан легко пассивируется, образуя очень прочную, сплошную, хорошо сцепляющуюся с основным металлом пленку окиси титана, которая способствует возрастанию потенциала титана до положительного значения. В нашей стране выпускаются коррозионностойкий технически чистый титан ВТ1, а так

же сплавы титана с алюминием и добавками других легирующих элементов.

Сварку титана рекомендуется проводить в защитной атмосфере (например, в среде аргона), так как с повышением температуры он легко на-

сыщается газами и становится хрупким.

В нейтральных электролитах титан и его сплавы не подвергаются щелевой коррозии. В кислых средах (например, в серной кислоте) наблюдается щелевая коррозия этого материала.

Установлено, что титан в качестве легирующего элемента повышает склонность к пассивации низколегированных сталей (рис. 55).

В настоящее время очень трудно создать изделие, все детали которого были бы изготовлены из одного материала. А контактирование деталей из разнородных металлов или их соединение электропроводящими путями (металлическим проводом, электролитом, водой, конденсатом) приводит к разрушению одной из деталей в результате контактной коррозии. Поэтому при конструировании необходимо учитывать следующие количественные показатели скорости коррозии анода применительно к типичным атмосферам и парам: 0—50 г/(м2-год)—абсолютно допустимые контакты; 50—150 г/(м2 • год) — условно

допустимые; выше 150 г/(м2*год)—недопустимые. При условно допустимых контактах необхо

димо обеспечить периодическую смазку, возобновление лакокрасочных покрытий, периодическую очистку контактов от продуктов коррозии.

При затруднениях в определении скорости коррозии рекомендуется пользоваться распределением металлов по группам, в пределах которых контакт может считаться допустимым. Для атмосферных условий эксплуатации можно выделить пять таких групп: I — магний; II — алюминий, цинк, кадмий; III — железо, углеродистые стали, свинец, олово: IV — никель, хром, коррозионностойкие стали (в пассивном состоянии) типа Х17 и 18—8; V — медно-никелевые и медноцинковые сплавы, медь, серебро, золото.

Ряд металлов в порядке возрастания электродного потенциала в морской воде можно представить следующим образом: магний, цинк, алюминий, железо, углеродистая сталь, хастеллой С, хастеллой В, латунь, медь, бронза, коррозионно- стойкие стали (в пассивном состоянии) типа 18—8 и 17—33, серебро, золото [29].

Материал, имеющий больший электродный потенциал, усиливает коррозию контактирующего с ним материала с меньшим потенциалом. Чем дальше расположены друг от друга материалы в ряду, тем сильнее коррозия при их контакте.

Стандартные электродные потенциалы металлов приведены в табл. 7.

В качестве примера рационального выбора конструкционного материала можно привести емкость агрегата для внесения химконсервантов в корма растительного происхождения для животных [18]. Срок службы агрегата должен быть не менее 6 лет при контакте с водными растворами муравьиной кислоты. В зависимости от конкретных условий концентрация кислоты может из-

Источник