1. Co to jest korozja?

Korozja – wszystkie procesy w których metal lub stop użyty jako materiał konstrukcyjny ulega pod wpływem oddziaływania otoczenia przemianie ze stanu metalicznego w stan chemicznie związany.

1. Wymień 5 typów korozji. Wymień 8 form korozji i opisz 3 z nich.

Formy korozji.

• elektrochemiczna – najpospolitsza w odniesieniu do metalu, spowodowana tworzeniem się mikroogniw na powierzchni metalu

• chemiczna – reakcje chemiczne na powierzchni metalu wywołane są oddziaływaniem środowiska

• ziemna – kompleksowe oddziaływanie różnych czynników zawartych w glebie na materiał, prądy błądzące

• mikrobiologiczna – przyczyną zniszczenia są bakterie utleniające związki siarki do kwasu siarkowego lub utleniająca piryt do kwasu siarkowego, fermentacja celulozy prowadząca do powstawania kwasów organicznych

( 4Fe + 4H₂O + SO₄^-2 3Fe(OH)₂ + FeS + 2OH^- lub 4H₂ + SO₄^-2 4H₂O+S^-2

• naprężeniowa- zachodzi w przypadku współdziałania czynników elektrochemicznych z naprężeniami mechanicznymi, objawiają się jako pękanie międzykrystaliczne lub śródkrystaliczne w zależności od obecności odpowiednich jonów

• zmęczeniowa - wynik cyklicznego naprężania metalu w środowisku agresywnym, objawia się pękaniem określonych miejsc konstrukcyjnych zwłaszcza w kołach pasowych i środowisku wody morskiej

• międzykrystaliczna – przebiega po granicach ziaren metalu powodując obniżenie jego wytrzymałości i plastyczności, występuje np. w stalach austenitycznych, chromowoniklowych, gdzie na granicach ziaren wydzieliły się węgliki chromu

• cierna – obserwowana jest na powierzchniach granicznych dwu ściśle dopasowanych płaszczyzn metali które ulegają drganiom lub przesunięciom oscylacyjnym

• kawitacyjna – spowodowana powstawaniem luk próżniowych w cieczach w skutek szybkiego ruchu lub wibracji np. wirniki turbin hydraulicznych, śruby okrętowe

• kruchość wodorowa – jedna z najniebezpieczniejszych form korozji, występująca na stalach niskostopowych o dużej wytrzymałości, jest wynikiem wnikania wodoru do stali podczas trawienia, procesów elektrochemicznych na pow. Stali lub powlekania galwanicznego

• szczelinowa – objawia się w szczelinie między metalami o niedostatecznym dostępie powietrza i tlenu, co ogranicza samo odnawianie się warstewki tlenkowej na stali i stopach

• kontaktowa – specyficzny rodzaj korozji elektrochemicznej zachodzącej na styku dwóch metali o różnym potencjale w roztworze(śruby okrętowe z brązów i stalowy kadłub ststku)

• selektywna – spowodowana preferencyjnym utlenianiem jednego ze składników stopu lub fazy, przykładem tej formy korozji może być odcynkowanie mosiądzu związane z przejściem jonów cynku do roztworu

• wżerowa - zwana często pitlingową, która zachodzi tylko w pewnych uprzywilejowanych miejscach na powierzchni metalu powodując tworzenie głębokich dziur, występuje często w obecności jonów chlorkowych

• wysokotemperaturowa – jedna z najważnieszych form korozji, gdyż występuje w potężnej gałęzi przemysłu metalurgicznego i energetycznego, polega na wysokotemperaturowym utlenianiu metali w różnych środowiskach, objawia się zniszczeniem metalu i zmianą wytrzymałości mechanicznej

• katastrofalna – jest skrajnym przypadkiem korozji wysokotemp. Gdzie proces zachodzi gwałtownie na skutek tworzenia się ciekłych produktów reakcji

• przyspoinowa – będąca skutkiem przeprowadzonego spawania i tworzenia się węglików w strefie działania wysokiej temp. wzdłuż spoiny

• nożowa – typ korozji międzykrystalicznej występującej w połączeniach spawanych stali chromowo – niklowo – molibdenowych

• podpowierzchniowa – występuje pod powierzchnią powłok zabezpieczających, spowodowana jest najczęściej złym przygotowaniem powierzchni do zabezpieczenia

• ługująca – odnosi się do materiałów skalnych i nieorganicznych z których wymywane są niektóre związki chemiczne w skutek działania agresywnych roztworów

• kwasowa – zniszczenie poprzez oddziaływanie roztworów o pH niższym niż 7

• siarczanowa – siarczany zawarte w wodzie oddziałują na cement, żelbeton i inne materiały tworząc sól Candlota(3CaO•Al₂O₃•3CaSO₄•3OH₂O) o dużej objętości właściwej rozsadzającej strukturę materiału ceramicznego

• pęcznienie - dotyczy tworzyw organicznych, plastików których stosunkowo luźna struktura umożliwia wnikanie w głąb materiału obcych atomów lub cząsteczek powodujących pęcznienie i pogorszenie własności mechanicznych

• solwatacja – ta forma korozji odnosi się przeważnie do polimerów w których w przypadku chemicznego reagowania cząsteczek tworzywa z penetrującymi cząsteczkami środowiska może zachodzić destrukcja objawiająca się tworzeniem kompleksów – solwatów – lub utlenianiem tworzywa

• starzenie – to forma korozji tworzyw sztucznych wywołana działaniem tlenu z powietrza, światła, związków utleniających, podwyższonej temperatury

1. Czy stal z domieszką krzemu jest odporna na HF?

2. Co to jest stal austenityczna oszczędna?

Stale austenityczne oszczędne stale austenityczne zawierające Mn zamiast Ni

• najbardziej oszczędny jest ten gatunek stali który zapewnia budowanemu urządzeniu trwałość zbieżną z okresem czasu upływającego do chwili technologicznej degradacji urządzenia

• każda stal zawierająca mniejszą ilość dodatków stopowych przy nieznacznie tylko gorzych właściwościach jest stalą oszczędną

1. Symbol stali austenitycznej oszczędnej.

00H18AN10, 00H18N10, 00H22N24M4Cu, Nie zawierają Ni (zamiast Ni jest Mn)

1. Symbol stali austenitycznej kwasoodpornej.

00H23N28M3Cu, 00H22N24M4Cu, H23N22Cu4Mo

1. Symbol stali niskowęglowej, spawanej, nieuspokojonej.

StSX, St4VX, St4SX

X – nieuspokojona

Y - uspokojona

1. Rola glinu w staliwie.???

2. Zawartość węgla w staliwie, żeliwie, stali.

W stali do 0,2% ; staliwo najwyżej do 2% ; żeliwo 2,5÷4,5%

10. Z jakiego materiału metalicznego wykonana jest cysterna przewożąca H₂SO₄.

Cysterna przewożąca H₂SO₄ – LOH18N10M – staliwo odporne na działanie H₂SO₄ o stężeniu <20% i > 70% przy temp. do 50°C. Stosuje się je w przemyśle kwasu siarkowego. LH18N10M – analogiczne zastosowanie jak LOH18N10M.

10. Ile % niklu zawiera staliwo?

staliwo węglowe niestopowe <0,30%

staliwo konstrukcyjne 0,3 – 1,8%

staliwo odporne na korozję 0,7 – 11%

10. Rola fosforu w żeliwie.

Występuje w żeliwie najczęściej w ilości 0,1 – 0,6 %. Aby zwiększyć rzadkopłynność dla łatwiejszego uzyskania odlewów cienkościennych lub w celu otrzymania odlewów żeliwnych o zwiększonej odporności na ścieranie stosuje się żeliwa o większej zawartości fosforu (0.6-1,8%). Większa zawartości fosforu wpływa jednak na kruchość żeliwa i z tego powodu nie należy używać surówek wysokofosforowych na odlewy maszynowe narażone na uderzenia.

10. Odmiany alotropowe żelaza.

Odmiany alotropowe i temperatura przemian żelaza:

- Fe A2 (α), A1 (γ), A3 (ε)

temp. pok. Ac1 α_f Ar1

768^oC Ac2 α_f -> α_p Ar2

910^oC Ac3 α_p -> γ Ar3 902^oC

1401^oC Ac4 γ -> α(δ) Ar4 1390^oC

10. 3 odmiany ZrO₂ (ZrO_3­) polimorficzne.

1100°C 1900°C

α γ δ

900°C

α- układ jednoskośny ; γ- układ tetragonalny ; δ- układ regularny

10. Stale ferrytyczne.

0H13J, H17N2, 2H17N2, 3H17N

10. Co to jest Dural?

Dural (duraluminium) to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium oraz dodatki stopowe: zwykle miedź (2,0-4,9%), mangan (0,3-1,0%), magnez (0,15-1,8%), często także krzem, żelazo i inne w łącznej ilości ok. 6 do 8%, przeznaczony do przeróbki plastycznej.

10. Zalety i wady stali austenitycznych, podać symbol stali.

zalety:

• w całym zakresie dodatnich i ujemnych temp. nie zachodzą w nich żadne przemiany alotropowe

• są niemagnetyczne

• spawalne i zgrzewalne

• dają się łatwo kształtować na zimno i na gorąco

• mają dobrą udarność przy temp. podzerowych

• odporne na działalność wielu agresywnych środowisk korozyjnych i wiele typów korozji

wady:

• niska granica plastyczności

• bardzo mała przewodność cieplna

• duży współczynnik rozszerzalności cieplnej

• całkowity brak odporności na działanie korozji naprężeniowej(mała poprawa po zwiększeniu zawartości niklu)

• ograniczona odporność na działanie niektórych korozyjnie agresywnych środowisk

SYMBOLE: 0H18N9, H13N4G9, H17N13M2T, 1H18N9T (nierdzewna)

10. Symbol stali niskostopowej, znaczenie.

08MNA, 08HA, 10HAVP

10. Ilość Cr, Cu w stali trudno rdzewiejącej.

Cr 0,5 ÷ 0,9 lub 1,0 Cu 0,25÷0,50%

10. Rola siarki w stalach, ilość pożądana.

Siarka należy do niepożądanych pierwiastków zanieczyszczających wszystkie stale. (z wyjątkiem stali automatowych gdzie zwiększenie poziomu siarki jest celowe). Niekorzystny wpływ siarki w stalach trudno rdzewiejących (w zakresie 0,05-0,20%) na ich odporność na działanie atmosfery niweluje dodanie 0,5-0,6% miedzi. W stalach odpornych na korozję stosunek zawartości manganu do ilości siarki powinien być możliwie jak najmniejszy gdyż tworzące się w stalach zawierających mniej niż 0,4% manganu siarczki chromu lub siarczki manganu bogate w chrom są znacznie odporniejsze na działanie korozji niż siarka i mangan.

10. Termodynamiczne kryterium korozji.

G_A = G_A^o + RTlna_A

dla reakcji:

aA + bB = cC + dD

$$G = G^{o} + \text{RTln}\left( \frac{a_{C}^{c}a_{D}^{d}}{a_{A}^{a}a_{B}^{b}} \right)$$

G = 0

$$\frac{a_{C}^{c}a_{D}^{d}}{a_{A}^{a}a_{B}^{b}} = k$$

G^o = −RTlnk

10. Prawa kinetyczne utleniania materiałów metalicznych.

Liniowa y’= kt,

paraboliczna ,

logarytmiczna,

odwrotnie paraboliczna

10. Czy brązy mogą być stosowane jako tworzywo do przewożenia amoniaku, HNO₃? Uzasadnij.

Odporność chemiczna brązów cynowych jest nieco większa niż czystej miedzi, głównie w rozcieńczonych kwasach organicznych oraz roztworach soli. Brązy podobnie jak miedź, są odporne na działanie kwasu solnego i alkaliów a nieodporne na wpływ kwasu azotowego i innych utleniaczy, amoniaku.

10. Czy ferryt to minerał? Wyjaśnij.

11. Gdzie można stosować żeliwo wysokokrzemowe?

Stosuje się je na odlewy pomp odśrodkowych , zaworów dysz porowych, zlewów, wyparek, dysz parowych, w konstrukcjach wież obserwacyjnych

10. Stopy aluminium.

1. odlewnicze stopy Al zawierające około 5 ÷ 25% dodatków stopowych Mg,Cr,Ni,Si. Charakteryzuje się dobrą lejnością i małym skurczem odlewniczym

2. stopy Al z Cu – durale odlewnicze mają niższą od czystego glinu temp. topnienia , dobrą skrawalność właściwości wytrzymałościowe i mały skurcz odlewniczy]

3. stopy Al z Si tworzą eutektykę, siluminy zawierają Si od 0,4÷30% wykazują dużą odporność korozyjną

4. stopy Al Z Mg zawiera Mg =11% - bardzo odporność korozyjna

5. stopy do przeróbki plastycznej zawierające 3% dodatków stopowych Mn,Mg,Cu

10. Uniwersalne środowiska korozyjne i jakie w nich występują rodzaje korozji.

Atmosfera- o jej agresywności decyduje: zanieczyszczenie i wilgotność. Duże ilości SO₂ i CO₂ wchodzą w reakcję z wilgocią tworząc rozcieńczone kwasy. Proces korozyjny spowodowany obecnością SO₂ w powietrzu wpływa na proces katodowy, ułatwiający depolaryzację. Reakcja metalu z kwasem prowadzi do powstania siarczanu żelazowego, co oznacza ubytek stali i przyspieszenie korozji, zwiększa się higroskopijność rdzy oraz przewodnictwo elektryczne wilgoci. W obszarach nadmorkich są chlorki. Zanieczyszczenia mechaniczne jak sadza, piasek są czynnikami stymulującymi procesy korozyjne na metalach. Są higroskopijne i trzymają wilgoć.

Woda - czynniki: jakość, pH i twardość wody, zawartość, CO₂ (podnosi pH wody) i SO₂, obecność części organicznych. Najważniejszym składnikiem jest O₂, jest głównym depolaryzatorem katodowym w środowisku obojętnym. Zawartość 100-200 mg jonów siarczanowych w litrze wody czyni ją środowiskiem agresywnym wskutek tworzenia się soli Candlota (3CaOAl₂O₃3CaSO₄30H₂O).

Gleba- czynniki: klimat, opady deszczu, odczyn gleby, bakteraie. Najmniej agresywne są gleby suche, piaszczyste lub wapienne, wykazujące duży opór elektryczny. Najbardziej agresywne są gleby o wysokim zasoleniu, ciężkie gliny, których przewodnictwo elektryczne jest wysokie. Prądy błądzące- są wytworem człowieka i wynikają z gruntu szyn elektrycznych trakcji kolejowych i tramwajowych. Jeśli połączenie metalowe pomiędzy szynami ulegnie obluzowaniu i prąd płynący szyną napotka opór to przez zawilgocony grunt spływa do ziemi Zagrożone są rurociągi, kable i metalowe konstrukcje podziemne.

10. Zinterpretuj budowę krzywej polaryzacji, przyjmując, że biorą udział dwa metale.

11. W jakim obszarze krzywej anodowej może występować korozja wżerowa.

Krzywe anodowe wykazują w pewnym zakresie potencjałów, bardziej dodatnich od potencjału krytycznego pasywacji, wzrost prądu korozyjnego. Następuje wtedy korozja jakiegoś składnika, który w formie utlenionej jest łatwo rozpuszczalny. Z takiego rodzaju zjawiskiem mamy do czynienia w przypadku stali chromowych. Za te wtórne korozje odpowiedzialny jest CrO3, który jest łatwo rozpuszczalny.

10. Mechanizm i opis powstawania wżerów.

Korozja wżerowa występuje na metalach mających skłonność do pasywacji (wysokostopowych, posiadających dobre właściwości ochronne). Warstewka pasywna jest związana z Cr, Al, Ti. Jeżeli tę warstwę umieści się w roztworze, w którym są halogenki to zaczyna ona niszczeć .

Korozja wżerowa polega na tworzeniu lokalnych wżerów w wyniku zainicjowania reakcji anodowej przez jony aktywujące i reakcji katodowej w obecności czynników utleniających. Dno wżeru jest anodą i zachodzi tam rozpuszczanie metalu. Otoczenie wżeru jest katodą i zachodzi tam redukcja tlenu. Narażone na nią są szczególnie metale, które normalnie się pasywują, na przykład stal nierdzewna i aluminium. Charakteryzuje się głębokim wnikaniem w metal przy stosunkowo niewielkich plamach na powierzchni.

10. Wykres korozyjny układu .... coś z nadnapięciem aktywacyjnym

11. Symbol stali zwykłej jakości, niskowęglowej, konstrukcyjnej, ogólnego przeznaczenia, półspokojnej, spawalnej.

zwykłej jakości - St

konstrukcyjna - S

ogólnego przeznaczenia - ? (St?)

półspokojna - Y

spawalna – W, V

10. Wykres koszty korozji-działania przeciwkorozyjne

10. Polaryzacja aktywacyjna, stężeniowa, i oporowa

Polaryzacja aktywacyjna jest wynikiem oporów reakcji elektrochemicznych, tj. reakcji z udziałem wolnych elektronów, na granicy elektroda-roztwór. Dla małych wartości prądu anodowego Ia<10 I0 wartość polaryzacji aktywacyjnej jest niewielka.

Polaryzacja stężeniowa jest wynikiem różnicy stężeń na powierzchni katody i anody w stosunku do stężenia roztworu. Jeżeli jako elektrody weźmie się miedź w roztworze siarczanu miedzi, to widać, że w sąsiedztwie katody następuje zmniejszanie stężenia jonów Cu2+ w wyniku ich reakcji z miedzią metaliczną. W pobliżu anody natomiast zwiększa się stężenie jonów Cu2+ w związku z utlenianiem miedzi.

Polaryzacja oporowa jest wynikiem oporów kontaktów elektrody i warstw pasywnych na jej powierzchni.

10. Schemat korozji żelaza z depolaryzacją tlenową???

11. Wzory kinetyczne opisujące proces utleniania wysoko temperaturowego???

12. Symbol stali austenitycznej, stabilizowanej Mn, żaroodpornej

żaroodporna – H13JS, H18N9S, H20N12S2

austenityczna - 0H18N9, H13N4G9, H17N13M2T, 1H18N9T (nierdzewna)

stabilizowana Mn - ??

10. Obliczyć SEM ogniwa: Pt, O2 (760mmHg), H2O, O2(76mmHg) ,Pt
    wiedząc, że E zero tlenu=0,40

11. Stale termoutwardzalne , skład chemiczny, zastosowanie???

12. Wpływ manganu

Mangan pierwiastek austenitotwórczy, nie poprawia odporności na korozję , w stalach o małej zawartości dodatków stopowych zwiększona ilość Mn poprawia odporność na działanie atmosfery morskiej, w wiejskiej a zwłaszcza przemysłowej odwrotnie, nieodzowny skł. Stali w procesach metalurg.

10. Reakcje SO₂ ???

11. Jak sie bada powłoki malarskie ???

12. Układ 2 składnikowy, zaznaczyć potencjał FeCl₃ H₂SO₄

13. Korozja wżerowa

wżerowa - zachodzi tylko w pewnych uprzywilejowanych miejscach na powierzchni metalu powodując tworzenie głębokich dziur, występuje często w obecności jonów chlorkowych; korozja wżerowa pojawiająca się w skutek miejscowego, punktowego przebicia warstwy pasywnej i utworzenia się bardzo aktywnych mikroogniw złożonych z odsłoniętego metalu – anody i dużej, otaczającej, spasywowanej powierzchni – katody; szybkośc rozpuszczania się stali na anodzie jest tak duża, że nieraz po upływie bardzo krótkiego czasu następuje miejscowe przeżarcie na wskroś ścianek urządzeń, bez równoczesnego ubytku masy poza zaatakowanym miejscem

10. Jaka korozja jest na mosiądzu

selektywna - polegająca na intensywniejszym przechodzeniu cynku do porduktów korozji i w rezultacie na odcynkowaniu stopu . Zjawisku odcynkowania przeciwdziała niewielki dodatek arsenu (0.02%As) Dodatek cynku w mosiądzu wynosi 4-40%

10. Symbol staliwa wysokostopowego

LH

10. Dlaczego dla stopów ab jest trudno wyznaczyć G reakcji utleniania składnika b? ???

11. Podać równanie na potencjał elektrody jeżeli A jest w równowadze z A-. ???

12. Kiedy obecność P jest pożądana?

Fosfor w stalach trudno rdzewiejących dodatek 0,07% P w obecności Cu poprawia jej odporność na działanie atm. wiejskiej i przemysłowej w pozostałych stalach jest pier. niepożądanym ,w staliwach popr. rzadkopłynność

10. Zależność stałej szybkości od T.

Mówiąc o zmianie szybkości reakcji w zależności od temp. mamy na myśli zmianę stałej szybkości K. Orientacyjnie reguła podana przez van’t Hoffa stwierdza, że przy podwyższeniu temp. o 10^°C szybkość reakcji wzrasta 2 do 4 razy. Znacznie dokładniejsze wyniki daje zastosowanie prawa ustalonego przez Archeniusa:

k= Ae^-E/RT

gdzie: k- stała szybkości

1. współczynnik częstości

E- energia aktywacji

Logarytmujemy:

ln k= A - B/T

gdzie: B= F/R

Z kąta nachylenia tej prostej można wyznaczyć energię aktywacji procesu.

10. Symbol stali martenzytycznej.

0H13J, 3H17M, 2H17N2

10. Skład brązów aluminiowych, jakie dodatki poprawiają właściwości mechaniczne

Brązy aluminiowe - (11%Al)są r-r jednofazowymi o strukturze bardzo drobnoziarnistej dlatego wykazują w tych samych środowiskach agresywnych większą odporność na korozję. Nieznaczne dodatki stopowe Fe, Ni, Mn poprawiają ich właściwości mechaniczne bez zmniejszenia odporności na korozję, stosowane na części maszyn silnie obciążonych i narażonych na korozję oraz na części kute pracujące na gorąco pod ciśnieniem.

10. Jaki parametr (mierzalny) mówi o skłonności korozyjnej metalu w roztworze, podaj wzór. ???

11. Korozja wodorowa

kruchość wodorowa – jedna z najniebezpieczniejszych form korozji, występująca na stalach niskostopowych o dużej wytrzymałości, jest wynikiem wnikania wodoru do stali podczas trawienia, procesów elektrochemicznych na powierzchni stali lub powlekania galwanicznego

10. Kryterium Pillinga- Bedwortha dla tworzącej sie zgorzeliny.

10. Zadanie : dane t=2miesiace, IK=5,12^10^-7 A/m^2,p=1,dm^2 rozkladowi ulega Ai obliczyc m

11. Korozja wysokotemperaturowa - szczególny przypadek.

wysokotemperaturowa – jedna z najważnieszych form korozji, gdyż występuje w potężnej gałęzi przemysłu metalurgicznego i energetycznego, polega na wysokotemperaturowym utlenianiu metali w różnych środowiskach, objawia się zniszczeniem metalu i zmianą wytrzymałości mechanicznej

10. Diagram Elinghama ???

11. Stal dowolnego użytku, spawalna, niskoweglowa, półuspokojona.

stal ogólnego uzytku „St”

liczby porządkowe: 0,3,4,5,6,7

spawalna S

niskowęglowa V

półuspokojona Y

10. Podaj równanie paraboliczne. ???

11. Zadanie Ik=6,2*10^-5 A/m^2 t=3 tyg m =81,2 oblicz P

12. Do czego wykorzystywane są żeliwa wysokokrzemowe?

• zawory,

• odlewy pomp odśrodkowych,

• zlewy,

• zbiorniki,

• konstrukcje wież absorbcyjnych.

10. Wady i zalety superferrytów.

a)zalety:

• w podwyższonych temp. nie zachodzi w nich przemiana ferrytu w austenit, a w temp. obniżonych temp. nie pojawia się martenzyt

• wysoka temp przejścia w stan kruchy

• żadnym zabiegiem obróbki cieplnej nie można zmienić ich własności mechanicznych

• dobre właściwości wytrzymałościowe

• mniejsza odporność umocnienie zgniotem

• mały wsp. rozszerzalności cieplnej

• duża przewodność cieplna

b)wady:

• szybki rozrost ziarna

• kruchość podczas wygrzewania

10. Ochrona przed korozją.

ˇ elektrochemiczną ochronę katodową i protektorową

ˇ metaliczne i niemetaliczne powłoki ochronne

ˇ dyfuzyjne ulepszanie powierzchni metali

ˇ stosowanie inhibitorów

Ochrona katodowa polega na podłączeniu do elementów konstrukcji narażonych na korozję ujemnego bieguna źródła prądu stałego o niewielkim napięciu (1-2 V). Anodą może być złom żelazny lub nierozpuszczalna elektroda grafitowa.

Znacznie częściej stosuje się elektrochemiczną ochronę protektorową, polegającą na połączeniu metalu chronionego, np. żelaza, z blokiem metalu mniej szlachetnego. Jeżeli oba metale znajdują się w tym samym elektrolicie, powstaje krótkozwarte ogniwo, w którym bardziej aktywny magnez lub cynk spełnia rolę anody, a żelazo - katody. Bloki magnezu przytwierdza się w pewnych odstępach do rurociągów podziemnych lub do stalowych kadłubów okrętów, chroniąc je w ten sposób przed korozją. Chociaż zużyte anody magnezowe co pewien czas muszą być wymieniane, jest to prostszy zabieg, niż stałe zasilanie prądem chronionych elementów, jak to ma miejsce przy ochronie katodowej.

Powłoki z metalu mniej szlachetnego od żelaza oprócz izolacji od tlenu i wilgoci zapewniają równocześnie ochronę protektorową. Nawet w przypadku poważnego uszkodzenia powłoki cynkowej naniesionej na znajdującą się pod nią stal, ta ostatnia będzie katodą i jej podatność na korozję będzie w znacznym stopniu ograniczona.

Zupełnie inaczej wygląda sprawa, gdy metalowa powłoka jest bardziej szlachetna niż pokryty nią metal. Ochronne działanie np. powłoki miedziowej, cynkowej czy niklowej naniesionej galwanicznie na żelazo jest tak długo skuteczne, jak długo powłoka jest szczelna. Z chwilą jej uszkodzenia, w obecności wilgoci i zanieczyszczeń proces korozji żelaza jest intensywniejszy niż bez powłoki. Miedź, cyna czy nikiel stają się katoda, a żelazo ulega anodowemu rozpuszczaniu: Fe = Fe2+ + 2e. Stan równowagi reakcji przesuwa się w prawo wskutek zużywania elektronów w reakcji redukcji wodoru w elektrolicie kwaśnym lub redukcji tlenu (O2 + H2O + 4e = 4OH-) w elektrolicie obojętnym lub zasadowym.

Zadaniem powłok niemetalicznych jest izolowanie powierzchni metalu od dostępu tlenu i wilgoci. Używane w tym celu farby i lakiery oprócz ochrony przed korozją służą zarazem do dekoracji powierzchni. Inną metodą uzyskania trwałej, szczelnej i dobrze przylegającej powłoki jest utlenianie (pasywacja) powierzchni metali. Niektóre metale, np. aluminium, samorzutnie pokrywają się na powietrzu zwartą warstwą tlenku, który chroni metal przed dalszą korozją. Utleniając metal anodowo w odpowiednim elektrolicie można uzyskać grubszą i lepiej chroniącą warstwę tlenkową.

Najnowszą metodą ochrony metali jest wytwarzanie tzw. powierzchni stopowych. Proces przypomina w pewnym stopniu elektrolityczne (galwaniczne) powlekanie metali, ale zamiast wody używa się jako rozpuszczalnika fluorków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z dodatkiem ok. 1% fluorku metalu tworzącego powierzchnię stopową. Istotą procesu jest dyfuzja atomów metalu stanowiącego anodę w głąb powierzchni drugiego metalu będącego katodą. W stopionej soli fluorkowej o temp. 800-1600 K powstaje stop powierzchniowy o grubości 25 do kilkuset mikrometrów. Dotychczas uzyskano ponad 500 różnych powierzchni stopowych. Można dla przykładu przytoczyć odporne na korozje dyfuzyjne powłoki berylowe na miedzi, tytanie, niklu, kobalcie, żelazie, i innych metalach. Powłoki tytanu na miękkich stalach oraz stopach niklowych i miedziowych zwiększają odporność na działanie kwasów. Równie korzystne okazało się aluminiowanie w stopionych fluorkach. Metoda wytwarzania powierzchni stopowych nie ogranicza się do samych metali. Uzyskano np. twarde i błyszczące powierzchnie krzemowe na platynie.

Innym sposobem hamowania procesu korozji jest wykorzystanie tzw. inhibitorów, czyli substancji silnie adsorbujących się na powierzchni metalu i blokujących w ten sposób dostęp jonów wodorowych. Właściwości inhibitujące wykazują substancje powierzchniowo aktywne, wielkocząsteczkowe, związki tworzące nierozpuszczalne osady z jonami metalu a także inne związki zawierające azot i siarkę. Na przykład dodatek 0,05% siarczku dwufenyloetanu zmniejsza o 75% ubytek żelaza w kwasie solnym. Zamiast stosowanego dawniej natłuszczania obecnie konserwuje się i transportuje cenne i precyzyjne urządzenia metalowe w szczelnych opakowaniach z folii polietylenowej zawierających wewnątrz minimalną ilość łatwo lotnych inhibitorów. Również dodatek inhibitorów do farb i lakierów wybitnie polepsza ich właściwości antykorozyjne.

10. Wpływ różnych pierwiastków

Mangan pierwiastek austenitotwórczy, nie poprawia odporności na korozję , w stalach o małej zawartości dodatków stopowych zwiększona ilość Mn poprawia odporność na działanie atm. morskiej, w wiejskiej a zwłaszcza przemysłowej odwrotnie, nieodzowny składnik stali w procesach metalurgicznych.

Fosfor w stalach trudno rdzewiejących dodatek 0,07% P w obecności Cu poprawia jej odporność na działanie atmosfery wiejskiej i przemysłowej w pozostałych stalach jest pierwiastkiem niepożądanym, w staliwach poprawia rzadkopłynność.

Siarka, arsen jest składnikiem niepożądanym zanieczyszczającym wszystkie rodzaje stali (wyjątek stale automatowe w których S ułatwia ich obróbkę, wióra łamią się i nie ciągną)w stalach obecność S neutralizuje Mn (wiążą S w postaci siarczków).

Molibden jest składnikiem stali, ale nie poprawia w sposób znaczny odporności korozyjnej, pierwiastek austenitotwórczy, 8%-odporna na korozję wżerową.

Krzem dodatek 1%poprawia odporność na działanie atmosfery agresywnej, w stalach o dużych ilościach dodatków stopowych poprawia własności żaroodporne, sam nie jest w stanie wytworzyć warstewki pasywnej, w żeliwach dodatek dużej ilości - odporność na korozje.

Węgiel, azot musi być w stali, obniża właściwości mechaniczne. Azot podobnie jak węgiel sprzyja przemianie austenitycznej, uczula on dany materiał na korozję krystaliczną i naprężeniową ,sprzyja przemianie ferrytu w austenit, z punktu widzenia obróbczego C jest pożądany.

Bor w stalach trudno rdzewiejących zwiększa ich odporność na agresywne działanie atmosfery miejskiej i morskiej, w stalach o dodatkach: V, Cr, Mn, Cu - poprawa własności ochronnych, zmiana właściwości powierzchni - tworzą się borki.

Tytan, niob są obojętne bądź wpływają niekorzystnie na odporność korozyjną, są dodawane do pierwiastków austenitycznych, hamują korozję międzykrystaliczną.

Wanad w stalach niskowęglowych nie obserwuje się korzystnego znaczenia.

Glin w niektórych stalach odp. na korozję poprawia ich żaroodporność, natomiast wpływ na odporność korozyjną jest ujemna, dodanie do stali węglowych powoduje pogorszenie własności ochronnych - intensywną korozje elektrochemiczną, nie może być mniej niż 5 %.

Wielka 4 - molibden, wolfram, niob, wanad poprawiają drastycznie właściwości wytrzymałościowe.

Miedz zawartość miedzi powyżej 0,5% powoduje zwiększenie wł. odpornościowych nawet o 60 % (atm. wiejska jak i przemysłowa), podstawowy składnik stali przeznaczonej do pracy w atmosferze, dodatek w ilości 4% powoduje, że powstają stale kwasoodporne.

Nikiel w stalach węglowych pogarsza właściwości ochronne, nikiel obok chromu wpływa na dużą odporność korozyjną zależy to od rodzaju atm., polepszenie właściwości ochronnych (jeżeli duża ilość dodatków stopowych), Ni do 0.5 %poprawia własności, 9% (zachodzi przemiana alfa w gama) w stalach austenitycznych >9% obniżenie korozji wżerowej i naprężeniowej.

Chrom w obecności miedzi większej niż 0,2% mówimy że stal poprawia wł. odpornościowe (środowisko utleniające) stale o większej czystości, ważny dodatek stopowy, 2-9%Cu, 0.5-1%Mo -poprawienie jakości stali - K9 (9%Cr,0.1%Mo) - w przemyśle petrochemicznym, aparatura do hydrokrakingu (narażone na korozję siarkową-olej jest zanieczyszczony, SONK - stal odporna na korozję, o dużej zawartości dodatków stopowych(Cr > 12%)są odporne na korozję w środ. utleniającym, odporność na korozję międzykrystaliczną - węglik utrudnia dyfuzję utleniacza. W stalach martenzytycznych Cr-11-12%.

Inne pierwiastki (Pb, Ta, Sn, Zn, Co, Ag) - drogie i nie przeprowadza się badań ich wpływu na własności

Inne czynniki (T - wzrost powoduje pogorszenie własności ochronnych, gładkość powierzchni, jednorodność struktury - stale jednofazowe są bardziej odporne, wyjątek - dwufazowe o strukturze austenityczno-ferytycznej)

Dodatkowe

TYPY OGNIW W PROCESACH KOROZYJNYCH.

1. Ogniwa o dwóch różnych elektrodach zanurzonych w tym samym elektrolicie.

2. Ogniwa stężeniowe, to jest złożone z jednakowych elektrod zanurzonych w elektrolitach o różnym stężeniu tych samych składników. Do tej grupy należą także ogniwa o różnym napowietrzeniu.

3. Ognia termiczne. Tutaj również elektrody składają się z tego samego metalu zanurzonego w elektrolicie o tym samym składzie początkowym, ale różnią się temperaturą.

SAMORZUTNOŚĆ REAKCJI ELEKTROCHEMICZNYCH.

Dążność do zachodzenia chemicznej reakcji jest mierzona zmianą energii swobodnej Gibbsa ΔG:

ΔG= ΔH - TΔS

Im bardziej negatywna jest wartość ΔG, tym większa dążność do przejścia reakcji. Jeśli ΔG jakiejś reakcji jest dodatnie, to reakcja nie ma tendencji do samoistnego przebiegu. Weźmy pod uwagę dwie reakcję:

(1) Mg + H₂O + ½ O₂ → Mg(OH)₂ ΔG=-142.6 kcal

(2) Cu + H₂O + ½ O₂ → Cu(OH)₂ ΔG=-28.6 kcal

Reakcja (2) przejawia mniejsza tendencję do przebiegu w prawo niż reakcja (1). Wielkość swobodnej energii nie mówi nam jednak ani o szybkości reakcji, ani o jej mechanizmie.

Dążność metalu do korodowania można wyrazić wielkością siły elektromotorycznej ogniwa. Zależność pomiędzy ΔG, zmiana energii swobodnej, a siłą elektromotoryczną E_o jest następująca:

E_o=ΔG/nF=ΔG/n∗23.06 [kcal/(kcal/V)]

Gdzie, n jest ilością elektronów biorących udział w reakcji, F jest stałą Faradaya.

RÓWNANIE NERNSTA.

Jeżeli w miejsce ΔG podstawimy potencjały chemiczne µ_i substancji biorących udział w reakcji sumarycznej otrzymujemy:

1. E_o=(1/nF)Σµ_iν_i

Gdzie ν_i jest współczynnikiem stechiometrycznym. Potencjał odwracalny ogniwa zależy od ciśnienia, temperatury oraz stężenia (aktywności) substancji biorących udział w reakcji. Podstawiając do (1) za wartość potencjału chemicznego wyrażenie:

µ_i=µ_i^°+RTln a_i

gdzie a_i jest aktywnością, µ_i^°-standardowym potencjałem chemicznym i-tego składnika otrzymamy równanie Nernsta:

E_o=E^°+ (RT/nF)Σν_iln a_i

Gdzie E^°(potencjał normalny) jest wartością charakterystyczną elektrody.

SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA OGNIWA.

Każde ogniwo składa się z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie. Siła elektromotoryczna ogniwa jest różnicą pomiędzy potencjałami obydwu elektrod. Na przykład siła elektromotoryczna ogniwa Daniella Zn/Zn⁺²//Cu/Cu⁺² jest różnica pomiędzy E^°_Cu-E^°_Zn=1.1V

W ogniwie Daniella przebiegają dwie połówkowe reakcje:

Katodowa Cu⁺² + 2e → Cu

Anodowa Zn → Zn⁺² + 2e

ELEKTRODA WODOROWA.

Nie można zmierzyć absolutnego potencjału elektrody, a jedynie daje się określić potencjał w skali porównawczej, przez połączenie badanej elektrody z drugim półogniwem. Konieczne, zatem było wybranie umownych elektrod odniesienia, jedną z nich jest elektroda wodorowa. Potencjał tej elektrody umownie przyjmuje się jako równy zeru. Na elektrodzie wodorowej zachodzi reakcja:

2H⁺ + 2e → H₂

Potencjał elektrody wodorowej w funkcji aktywności jonów wodorowych i ciśnienia wodoru wyznaczamy ze wzoru:

E_o=E^°+ [(RT/F)ln aH⁺]/√PH₂

SZEREG NAPIĘCIOWY METALI.

Jako elektrodę odniesienia przyjęto elektrodę wodorową, wszystkie inne potencjały normalne elektrod metalicznych uszeregowano względem elektrody wodorowej. Uporządkowane w ten sposób potencjały normalne elektrod metalicznych tworzą tak zwany szereg napięciowy metali. Wszystkie metale bardziej ujemne od elektrody wodorowej rozpuszczają się w kwasach z wydzieleniem wodoru. Metale takie nazywamy nieszlachetnymi.

Zn + 2H⁺ → H₂ + Zn⁺²

Metale szlachetne wykazują potencjały normalne bardziej dodatnie od elektrody wodorowej. Pod wpływem gazowego wodoru a roztworów soli takich metali wydziela się metal.

H₂ + 2Ag⁺ → 2H⁺ + 2Ag

POMIAR SZYBKOŚCI KOROZJI.

Są dwie elektrochemiczne metody wyznaczania szybkości korozji metali i stopów. Pierwsza z nich opiera się na ekstrapolacji krzywych polaryzacji Tafela, druga zaś polega na wyznaczaniu szybkości korozji z tak zwanych krzywych polaryzacji liniowej, które otrzymuje się przy małych gęstościach przyłożonego prądu.

Dla pierwszej metody prąd korozyjny wyznacza się z odciętej, punktu przecięcia się dwóch ekstrapolowanych linii prostych zależności potencjału od logarytmu prądu.

Dla drugiej metody należy wyznaczyć zależność potencjał-prąd w zakresie potencjałów różniących się od potencjału korozyjnego nie więcej niż ok. 20 mV w kierunku „-„ i „+”. Nachylenie prostej ΔE/Δi zależy od ΔE/Δi=0.026/i_k

KOROZJA GAZOWA W ATMOSFERZE UTLENIAJĄCEJ.

Korozja występująca pod wpływem oddziaływania suchych gazów na metal jest nazywana gazową. Proces korozji gazowej (utlenianie metalu) można zapisać:

Me + ½ X₂ → MeX

Proces utleniania metalu składa się z wielu procesów cząstkowych. Największe znaczenie mają dwa z nich:

• reakcje chemiczne przebiegające na granicy rozdziału poszczególnych faz,

• procesy dyfuzji reagentów poprzez tworzącą się warstwą produktów reakcji

Procesy transportu materii, zachodzące w czasie utleniania dzielimy na:

• dyfuzję kationów metalu

• dyfuzję anionów utleniacza

KINETYKA REAKCJI UTLENIANIA.

Podczas procesów utleniania metali obserwuje się kilka typów krzywych kinetycznych. Przebieg ich jest zależny od szybkości poszczególnych procesów cząstkowych. Jeżeli najwolniejszym etapem jest właściwa reakcja chemiczna, to równanie kinetyczne opisujące jej przebieg jest równocześnie równaniem objaśniającym kinetykę całego procesu. Szybkość całkowita procesu jest odwrotnie proporcjonalna do grubości warstwy otaczającego fazę metaliczną:

dy/dt=kp/y

całkujemy

y²= 2k_pt + C –równanie Tammana.

gdzie:

y- grubość warstwy albo grubość ubytku metalu

t- czas trwania procesu

k_p- paraboliczna stała szybkości

C- odstępstwo od praw dyfuzji w pierwszych chwilach reakcji

W miejsce przyrostu grubości warstwy produktu wprowadzamy względny przyrost odniesiony do jednostki powierzchni Δm/q:

d(Δm/q)/dt=(k_p/Δm)/q

całkujemy

(Δm/q)²=2k_pt+C’-prawo paraboliczne

Przebiegi kinetyczne:

• prawo paraboliczne (Δm/q)²=k_pt

• prawo liniowe y’=k_lt

• równanie trzeciego stopnia (Δm/q)³=k_kt

• prawo logarytmiczne Δm=k_elog (at+t_o)

• odwrotnie logarytmiczne 1/Δm=A-k_oelog t

Wykres Paurbaix- gdy dysponujemy odpowiednimi danymi termodynamicznymi to możemy ustalić wykres E od pH z trzema obszarami: korozji- w którym aktywność jonów metalicznych lub anionów kompleksowych jest większa niż 10^-6 gramojonu/l, odporności- w którym aktywność jonów metalicznych jest mniejsza niż 10^-6. Tlenki, wodorotlenki są w tym obszarze termodynamicznie nietrwałe wobec wolnego metalu, pasywności- związki metalu w stanie stałym są termodynamicznie trwałe i znajdują się w stanie równowagi jonami metalu w roztworze mającym aktywność mniejszą niż 10^-6 gramojonu/l. Metal jest termodynamicznie nietrwały. Wykres `pozwala, więc na stwierdzenie, w jakich warunkach następuje korozja i pasywacja żelaza oraz w jakim zakresie pH i potencjałów możliwa jest katodowa względnie anodowa ochrona.

Pasywacja metali: gdy metal o potencjale termodynamicznej skłonności do korozji w danym środowisku z nim nie reaguje to mówimy że został spasywowany. Al., Cr, stal nierdzewna przechodzą w stan pasywny w sposób naturalny w zetknięciu z atmosferą. Inne metale można spasywować sztucznie na drodze elektrochemicznej, (np. gdy metal spasywujemy anodowo w wodnym roztworze zawierającym jony, które tworzą nierozpuszczalne związki z metalem, to ulegnie on pasywacji natychmiast. Jeżeli spolaryzujemy anodowo metal w roztworze, którego jony tworzą z metalem sole łatwo rozpuszczalne, wtedy następuje jego rozpuszczanie wskutek spadku pH przy anodzie, a dopiero potem przy wyższej gęstości prądu i przy określonym potencjale- pasywacja).

Teorie pasywacji:

1. Teoria tlenkowa przyjmuje, że zjawisko pasywności polega na obecności warstewki produktów reakcji, tlenków metali. Warstewka ta oddziela metal od środowiska, utrudnia dyfuzję, powoduje obniżenie szybkości reakcji.

2. Teoria adsorpcyjna zakłada, że metale spasywowane pokryte są warstewką chemisorpcyjną tlenu lub innych jonów pasywujących.

Pomiar szybkości korozji: dwie elektrochemiczne metody wyznaczania: ekstrapolacja krzywych polaryzacji Tafela i wyznaczanie szybkości z krzywych polaryzacji liniowej, które otrzymuje się przy małych gęstościach przyłożonego prądu.

Korozja gazowa w atmosferze utleniającej:

Me + ½ X₂=MeX

Proces utleniania metalu składa się z wielu procesów cząstkowych: reakcje chemiczne przebiegające na granicy faz oraz procesy dyfuzji reagentów poprzez tworzącą się warstwę produktów reakcji, decydują o kinetyce reakcji.

Przebiegające na granicy faz reakcje chemiczne składają się z kolei z procesów:

- chemisorpcji gazowego utleniacza na powierzchni metalu

- utworzenia cienkiej warstewki produktu reakcji

- przejście metalu w formie jonów wraz z równoważącą ich ładunek elektryczny liczbą elektronów do tworzącej się sieci krystalicznej MeX

- chemisorpcji utleniacza na powierzchni rozdziału MeX/X,

- wbudowanie się chemisorbowanych anionów utleniacza w sieć krystaliczną produktów reakcji.

Procesy transportu możemy podzielić na:

- dyfuzje kationów metalu wraz z elektronami do granicy faz MeX/X poprzez warstwę MeX do granicy faz MeX/Me

- dyfuzję anionów utleniacza do granicy faz MeX/X ku granicy faz Me/MeX, połączoną z równoczesną wędrówką elektronów w kierunku przeciwnym lub dyfuzję utleniacza w podanym kierunku w fazie gazowej poprzez tworzące się w warstwie produktu mikro i makro szczeliny.

Energia aktywacji: z kąta nachylenia prostej lnk od 1/T można wyznaczyć energie aktywacji. Gdy na prostej występuje załamanie świadczy to o zmianie mechanizmu procesu, wyrażającej się inną energia aktywacji. Wyznaczona z pomiarów kinetycznych energia jest energią najwolniejszego procesu cząstkowego określającego w danych warunkach szybkość powstawania produktu reakcji.

Mechanizm powstawania zgorzelin:

Jeżeli w sieci krystalicznej tlenku występują puste węzły kationowe, to związek ten wykazuje niedomiar metalu. Gdy natomiast puste węzły występują w podsieci anionowej, wtedy tlenek wykazuje niedomiar utleniacza. Jeżeli zdefektowanie sieci polega na występowaniu kationów i anionów w przestrzeniach międzywęzłowych, wówczas związek wykazuje odpowiednio nadmiar metalu lub niedomiar utleniacza. Ponieważ kryształ musi być elektrycznie obojętny, niedomiar czy nadmiar jonów metalu bądź utleniacza musi być równoważony odpowiednią ilością defektów elektronowych. Zdefektowanie sieci anionowej zdarza się tylko w tlenkach metali wysokotopliwych (Ti₂O, ZrO₂, NbO₂, WO₃). Gdy występuje defekt sieci kationowej to proces utleniania odbywa się dzięki odrdzeniowej dyfuzji jonów i elektronów metalu, a gdy defekt sieci anionowej, w wyniku dordzeniowej dyfuzji jonów i elektronów utleniacza.

W miarę narastania produktu (zgorzeliny) zaczyna się jej rozwarstwianie na warstwę wewnętrzną zbudowana z luźno uczonych kryształów, oraz szczelną warstwę zewnętrzną.

MATERIAŁ:

Żelazo:

- najbardziej rozpowszechniony metal,

- pod wpływem wilgoci łatwo przechodzi w związki chemiczne,

- ma duże własności magnetyczne,

- jednymi z czystszych odmian żelaza są: elektrolityczne- zwierające ok. 0,02% zanieczyszczeń, oraz karbonylowe 0,015%.

Odmiany alotropowe:

- α- krystalizująca w układzie regularnym o sieci przestrzennie centrycznej. Do temperatury 768 C odznacza się znaczną przenikalnością magnetyczną jest zaliczona do ferromagnetyków, natomiast ta sama odmiana powyżej tej temperatury jest już paramagnetykiem,

- α→γ w temperaturze 910C, krystalizuje w tym samym układzie regularnym, lecz o elementarnej sieci płaskocentrycznej,

- γ → α- w temperaturze 1400C, odmiana trwała już do temperatury topnienia1543 i krystalizująca w układzie regularnym przestrzennie centrycznym.

W rzeczywistości istnieją tylko dwie odmiany alotropowe żelaza: -α, γ. Różniące się budową sieci elementarnej.

W wysokich ciśnieniach (12000MPa) i temperaturze w okolicach 600 istnieje trzecia odmiana alotropowa εo zwartej sieci heksagonalnej.

Stopy żelaza z węglem:

- austenit- roztwór stały węgla w żelazie γ, trwały w czystych stopach powyżej temp. 723. stal o strukturze austenitycznej ma Największą gęstość, jaka jest możliwa do osiągnięcia przy danym składzie chemicznym.

- cementyt- Fe₃C- karbidek żelaza, krystalizuje w układzie rombowym, jest bardzo twardy i kruchy,

- ledeburyt- mieszanina eutektyczna składająca się z nasyconego roztworu węgla w żelazie γ i pierwszorzędowego cementytu,

- ferryt- roztwór stały węgla w żelazie α, ma sieć żelaza α, ma niską wytrzymałość na rozciąganie, niską granicę sprężystości, niewielką twardość, duże wydłużenie i udarność,

- perlit- mieszanina eutektoidalna powstała na skutek rozpaduaustenitu.

Grafit- odmiana alotropowa węgla krystalizująca w układzie heksagonalnym.

STALE NIESTOPOWE: w zależności od zanieczyszczeń: stale zwykłej, wyższej i najwyższej jakości

Stale zwykłej jakości: zanieczyszczenia fosforem i siarką- około 0,05%. St…+0,3,4,5,6 lub 7

- stosowane w stanie surowym po przeróbce plastycznej na gorąco (posiadają strukturę ferrytyczno- prlityczną). Dodatkowe litery oznaczają:

B- wymagana praca łamania na próbce Charpy’ego w temp.20

C- wymagana praca łamania na próbce Charpy’ego w temp.0,

Cu- dodatek miedzi dla poprawy odporności na korozję atmosferyczną,

D- wymagana praca łamania na próbce Charpy’ego w temp.-20,

J- wymagana udarność na próbkach Mesangera w temp.+20,

M- wymagana udarność na próbkach Mesangera w temp.-20. na początku dodatkowo oznacza dodatkowo zawartość węgla, manganu, krzemu,

S- przydatność do konstrukcji spawanych,

V- ograniczoną zawartość węgla

W- ograniczona zawartość węgla, fosforu, siarki,

X- stal nieuspokojoną- odtlenioną tylko częściowo, bardzo miękka, czysta powierzchnia

Y- stal półuspokojoną- stal o pośrednim stopniu odtlenienia, stal uspokojona- tak odtleniona by podczas krzepnięcia nie występowało wydzielanie się gazów.

Stale wyższej jakości ogólnego przeznaczenia:

- P,S max. 0,040% oraz węższe zakresy domieszek,

- stosuje się je w stanie obrobionym cieplnie. Oznaczenie: liczby określają przybliżoną zawartość węgla w setnych częściach procentu + litery:

X- stal uspokojona, Y- stal półspokojna, G- stal o podwyższonej zawartości manganu, A- stal o wyższych wymaganiach składu chemicznego, Ż- stal przetapianą elektrożużlowo, U- stal z wymaganą udarnością w stanie znormalizowanym, UT- z wymaganą udarnością w stanie ulepszonym cieplnie.

We wszystkich stalach zawartość Mo nie powinna przekraczać 0,1%, a arsenu 0,08%.

STALE STOPOWE: ogólnego przeznaczenia:

- stale niskostopowe konstrukcyjne trudno rdzewiejące

- niskostopowe zrównoważone o podwyższonej wytrzymałości.

Potencjalną skłonność stali do korozji można określić na podstawie charakterystyki 4 grup stali obejmujących:

- technicznie czyste żelazo,

- stale zawierające małą ilość dodatków stopowych < 2,5% MIDS

- stale zwierające średnią ilość dodatków stopowych 2,5-10% SIDS

- zawierające dużą ilość dodatków stopowych >10% DIDS.

Stale MIDS:

1. Stale charakteryzujące się określonymi właściwościami mechanicznymi, muszą być zabezpieczone przed korozją.

2. Stale trudno rdzewiejące- stale węglowe o 0,1-0,15% C, o małej zwartości dodatków stopowych:

-zawsze dodatek Cr w ilości0,5-0,9 lub 1-1,2%, miedzi w ilości 0,25-0,5%, prawie zawsze dodatek P w ilości 0,06-0,1%, niekiedy Ni 0,3-0,6, Mo do 0,1. Malejący wpływ pierwiastków na działanie: atmosfery wiejskiej: P,Cu,Cr,Ni, przemysłowej: P,Cu,Mo,Cr,Si, atmosfery nadmorskiej: Cr,Ni,P,Al.,Ni,Cu,Mo, wody morskiej: Cr, Mo, Al., P, Cu, Si.

Stale SIDS

Zwiększoną odporność wykazują stale zawierające od 2,25 do 10% Cr, oraz Mo<1,5%. Wszystkie inne stale tej grupy niezawierające Cr, są nieodporne na działanie korozji. Zaliczamy stale: H3M, H5M, H9M charakteryzują się wystarczającą odpornością w określonych warunkach. Stosuje się je do budowy urządzeń w rafineriach ropy naftowej, rurociągi, reformery.

Stale DIDS

W razie potrzeby wymagają stosowania zabezpieczeń antykorozyjnych, dzięki znacznej zawartości Cr są przystosowane do pracy zróżnicowanych warunkach korozyjnych. Tworzą dwie rodziny: stale odporne na korozję i żaroodporne.

Stale SONK

Stale odporne na korozję. Podstawowym składnikiem jest Cr o zawartości, co najmniej 12%. Sprzyja on pasywacji. Ni o zawartości >8%- polepsza odporność korozyjną w kwasach. Można je podzielić: ze względu na skład: na stale chromowe i chromo- niklowe i ze względu na strukturę: ferrytyczne, martenzytyczne, austenityczne, austenityczno- ferrytyczne.

Stale ferrytyczne: wykazują największą odporność na korozję i jednocześnie największą ciągliwość w stanie wyżarzonym. Są stalami magnetycznymi o strukturze całkowicie ferrytycznej w całym zakresie temperatur. Konsekwencją baraku przemiany ferrytu w austenit jest: żadnym zabiegiem obróbki cieplnej nie można zmienić właściwości mechanicznych stali, towarzyszący podgrzewaniu nadmierny wzrost ziarn ferrytu powoduje gwałtowne malenie udarności i ciągliwości stali. Wady stali ferrytycznej: kruchość. Zalety: większa przewodność cieplna niż stali austenitycznych, mniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej, dobre własności wytrzymałościowe, dobra spawalność, bardzo dobra zgrzewalność, dobra odporność na działanie kwasu azotowego. Stosuje się w: przemyśle chemicznym: wymienniki ciepła, reaktory, rurociągi, wyparki; celulozowo- papierniczym; rafineryjno- petrochemicznym.

Stale martenzytyczne: najważniejsza cecha- zdolność do hartowania się. Po zahartowaniu stale te przyjmują strukturę martenzytyczną. Są odporniejsze na korozje niż zwykłe stale węglowe, mają dobre właściwości mechaniczne, średnia spawalność- może być poprawiona przez zabiegi cieplne, są magnetyczne, są stalami niedeficytowymi. Wykorzystuje się je głównie jako stale narzędziowe, w przemysle naftowym do budowy urządzeń krakingowych.

Stale austenityczno- ferrytyczne:

Zalety: wytrzymałość lepsza niż stali austenitycznej, odporność na działanie korozji międzykrystalicznej i naprężeniowej jest w wielu przypadkach zastosowań zupełnie wystarczająca.

Stale austenityczne:

Po prawidłowej obróbce cieplnej, wykazują:

- strukturę czysto austenityczną

- strukturę złożona z ziarn austenitu z równomiernie rozmieszczonymi w ich osnowie węglikami tytanu.

Zalety: w całym zakresie temperatur nie zachodzą w nich przemiany alotropowe, więc nie można zmienić ich własności mechanicznych; są niemagnetyczne; są spawalne; dają się łatwo odkształcać na zimno i na gorąco; mają dobrą udarność przy temperaturach podzerowych, są odporne na korozję.

Wady: niska granica plastyczności; mała przewodność cieplna; duży współczynnik rozszerzalności cieplnej; brak odporności na korozję naprężeniową.

Stale oszczędnościowe: np.00H18AN10, umożliwiają duże oszczędności masy budowanego urządzenia; każda stal odporna na korozję może być oszczędnościowa w momencie użytkowania; najbardziej oszczędnościowy jest ten gatunek stali, która nie zmniejsza ani nie zwiększa degradacji urządzenia; każda stal zawierająca mniejszą ilość dodatków stopowych przy nieznacznie gorszych właściwościach jest stalą oszczędnościową.

Stale do pracy w wyższych temperaturach:

Jest to grupa stali stopowych przeznaczonych do budowy kotłów parowych i wodnych, turbin. Muszą wylazywac odporność na pełzanie, zmęczenie mechaniczne i cieplne, podatność na obróbke plastyczną, dobrą spawalność i skrawalność.

Stale żaroodporne i żarowytrzymałe:

Żaroodpornością metali nazywa się ich odporność na korozyjne działanie gazów utleniających w wysokich temperaturach. Natomiast zdolność tworzyw do przenoszenia obciążeń w warunkach wysokich temperatur określane jest mianem żarowytrzymałości. Żaroodporność stali zapewnia głównie tworzenie na jej powierzchni zwartej, szczelnej i dobrze przylegającej do podłoża warstwy zgorzeliny, chroniącej metal przed dalszym utlenieniem.

STALIWO:

Odlewniczy stop żelaza z węglem (ok2%) oraz z innymi pierwiastkami. Staliwo zawiera zawsze Mn i Si oraz P i S jako zanieczyszczenia, a także niewielkie ilości gazów: tlenu, azotu, wodoru. Klasyfikacja staliwa:

1. staliwo węglowe konstrukcyjne:

- zwykłej jakości; wyższej jakości,

2. Staliwo stopowe:

- konstrukcyjne; konstrukcyjne do pracy w wyższych temperaturach; konstrukcyjne do pracy w niskich temperaturach; odporne na korozję; żaroodporne i żarowytrzymałe; odporne na ścieranie; narzędziowe

Staliwo węglowe: zaw. w%: Mn<1, Si<0,6, Cr<0,3, Ni<0,3, Mo<0,1, Ti<0,1, V<0,1, W<0,3, Cu<0,3, inne<0,1. Oznaczenie L (staliwo), trzycyfrowa liczba określająca wytrzymałość na rozciąganie w MPa i cyfry rzymskiej I (zwykła jakość) lub II (wyższa jakość).

Składnikami strukturalnymi są ferryt i perlit.

Staliwo stopowe: L+ dwu lub trzycyfrowa liczba określająca zawartość węgla w setnych procenta oraz liter określających pierwiastki stopowe: G- mangan, H- chrom, N- nikiel, nikiel- molibden, S- krzem, F- wanad, T- tytan. Staliwa stopowe po odlaniu mają strukturę gruboziarnistą, co powoduje obniżenie właściwości mechanicznych.

ŻELIWO:

Odlewniczy stop żelaza zawierający od2,5 do 3,5% C, który może występować w postaci grafitu- żeliwo szare lub w węglikach- żeliwo białe. Ze względu na strukturę rozróżnia się: żeliwa szare; żeliwa sferoidalne; białe; ciągliwe. Składniki takie jak Si, Ni, Al. Sprzyjają wydzielaniu grafitu, a przez to wydzielaniu żeliwa szarego. Inne jak Mn, S, sprzyjają wydzielaniu cementytu, więc żeliwa białego.

Si występuje najczęściej w ilości 0,3–3%. Sprzyja wydzielaniu się grafitu i powstawaniu żeliwa szarego. Budowa żeliwa nie zależy tylko od zawartości węgla i krzemu, ale również od grubości ścianek odlewu. Przy cienkich ściankach na skutek szybkiego chłodzenia otrzymuje się żeliwo białe, gdy ścianki odlewu są nieco grubsze i powolniejsze chłodzenie- żeliwo pstre, a przy jeszcze grubszych ściankach odlewu i powolnym chłodzeniu- żeliwo szare.

Mn występuje w żeliwie zwykle w ilości 0,3-0,2%, a w żeliwie utwardzonym również w większej ilości. Działa on w kierunku przeciwnym niż krzem to znaczy wpływa na wydzielanie węgla w postaci cementytu. Znajdujący się w żeliwie ciekłym działa odsiarczjąco. Przy większych zawartościach Mn szczególnie w obecności innych pierwiastków stopowych wpływa na tworzenie żeliwa o budowie martenzytycznej, a przy jeszcze większych austenitycznej.

Fosfor występuje w żeliwie w ilości 0,1-0,6%. Aby zwiększyć rzadkopłyność dla łatwiejszego uzyskania odlewów cienkościennych lub w celu otrzymania odlewów żeliwnych o zwiększonej odporności na ścieranie stosuje się żeliwa o zwiększonej zawartości fosforu 0,6-1,8%. Większa zawartość P wpływa na kruchość żeliwa.

Siarka- w ilości od 1,2% nie jest jeszcze szkodliwa, większe ilości zwiększają kruchość żeliwa i skłonność do wydzielania się pęcherzy gazowych i tworzenia jam skurczowych. W przeciwieństwie do P zwiększa gęstopłynność żeliwa, co powoduje zwiększenie ilości braków w żeliwie.

Al- działa odtleniająco, sprzyja wydzielaniu grafitu w procesie grafityzacji.