Чугуны. Виды чугунов. химическое сопротивление чугунов презентация

Модуль 3. Химическое сопротивление чугунов.
Слайд 8.01

Классификация графитизированных (машиностроительных) чугунов
Серый чугун, графит в виде пластинок, ГОСТ 1412 - 85
СЧ10, СЧ15,СЧ20… СЧ35.
где 10, 15, 20…- предел прочности при растяжении в кг/мм2
Чугун с вермикулярным графитом (червеобразный), ГОСТ 18394-89
ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ 40, ЧВГ45.
Ковкий чугун, графит в виде хлопьев ГОСТ 1215-79
КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, … КЧ 45-7 … КЧ63-2…
где 30, .. 35… -предел прочности при растяжении в кг/мм2,
6,8,10… - относительное удлинение в %.

Классификация машиностроительных чугунов
Чугун с шаровидным графитом, высокопрочный чугун
ЧШГ55, ЧШГ80, ….ЧШГ100 (ВЧ55,…, ВЧ100).
Графит в виде шаровых глобул. У шаровидного графита самая маленькая поверхность, поэтому это самый прочный чугун.
Антифрикционный чугун ГОСТ 1585-85
АЧС1, АЧВ2, АЧК2. (С – серый; В – высокопрочный; К - ковкий).
Используется в отливках, работающих на трение
Легированные чугуны

Легированные чугуны
Кремнистые (жаростойкие и коррозионностойкие материалы): ЧС5, ЧС5Ш, ЧС13, ЧС15, ЧС17, ЧС15М4; ЧС17М3
Алюминиевые чугуны (жаростойкие и износостойкие) ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ7Х2, ЧЮ22Ш, ЧЮ30;
Марганцевые чугуны (немагнитные и износостойкие материалы) ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4, ЧГ8Д3;
Никелевые чугуны ( коррозионностойкие. износостойкие, жаропрочные, маломагнитные) ЧН3ХМДШ, ЧН4Х2,ЧН11Г7Ш,
ЧН15Д7 – нирезист, жаростойкий и жаропрочный материал

Химическое сопротивление чугунов в кислых средах
Общие закономерности кислотной коррозии сходны с коррозией сталей.
Переход в область кислотной коррозии при рН 3-4 Например: в сильных кислотах при рН=3 П> 0,25 мм/год ( 6 балл пониженно-стойкие);
В Н2SO4 , НNO3, Н3PO4 , НF пассивация при тех же концентрациях, что и у сталей
Например, в Н2SO4 при С> 65% пассивация
П< 0,12мм/год; при С=97% даже при 300оС П< 0,1мм/год, ( 5 балл –стойкие).
Наиболее опасна НCl, пассивации нет.

Химическое сопротивление чугунов в кислых средах
Особенности
Однако пассивация в Н2SO4 и НNO3 не надежна, т.к.в таких кислотах растворяются Fe3C, фосфидные эвтектики, соединения серы. Поэтому возможна межкристаллитная коррозия с потерей прочности чугуна.
Растворы органических кислот, в том числе разбавленные опасны особенно при хорошей аэрации и повышенной температуре

Химическое сопротивление чугуна в щелочных средах
Слабые растворы щелочи – чугун не корродирует ни при каких температурах
При С> 30% образуются ферриты. При температурах до 80оС
П до 0,2мм/год (6 балл пониженно-стойкие).
В кипящих растворах щелочи в первый время П до 20 мм/год, но скорость коррозии быстро падает доходит до 1,5-2,5 мм/год и ниже.
Несмотря на достаточно высокую скорость коррозии чугунов в кипящих растворах щелочи для ее упаривания часто используются чугунные котлы в связи с дешевизной чугуна, постоянным снижением скорости коррозии во времени и отсутствием локальных форм коррозии.

Химическое сопротивление чугуна в естественных средах
Основные закономерности атмосферной и подводной коррозии чугунов сходны с коррозией в этих условиях углеродистых и низколегированных сталей.
Атмосферная коррозия: сухая, влажная, мокрая. Большое влияние загрязнений атмосферы (Cl-,SO2 ..) Торможение коррозии во времени: например для ВЧ
1год -1,51г/м2час (П=0,068мм/год, 5 балл стойкие);
2 года -0,85 г/м2час; 3 года – 0,72 г/м2час
Если сравнить коррозию стали и чугуна, то коррозия чугуна значительно ниже, чем у стали.

Подводная коррозия чугунов
Подводная коррозия: влияние рН, индекса Ланжелье, концентрации ионов Cl-,SO4-2 сохраняется.
Однако, в условиях атмосферной и подводной коррозий чугуны стоят в 2-4 раза лучше, чем углеродистые стали. Этот эффект объясняется так называемой графитизацией чугунов.
Эффект графитизации:
В чугунах количество углерода значительно выше, чем в сталях, поэтому в них существует как бы графитовый скелет. Этот скелет стабилизирует продукты коррозии, делая их более упорядоченными, что и приводит к более высокой стойкости чугунов.

Подземная коррозия чугунов
Коррозия общая (0,038 мм/год) и местная в 10-50 раз выше;
Общая подземная коррозия чугунов мало отличается от коррозии стали.
Наиболее опасны питтинговая и язвенная коррозии
Существенное влияние аэрационных пар;
Влияние биокоррозии;
Возможность электрокоррозии.

Подземная коррозия чугунов
* Сквозная коррозия чугунных труб

Подземная коррозия чугунов
Выводы по таблице экспериментальных данных:
Скорость подземной коррозии чугунов очень сильно зависит от грунта.
Во всех глинах скорость локальной подземной коррозии чугуна велика;
Со временем скорость коррозии уменьшается;
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом более устойчив;
Чугунные трубы в условиях подземной коррозии требуют защиты.

Легированные кремнистые чугуны
Кремний дешевый компонент, поэтому кремнистые чугуны наиболее распространены.
Введение кремния до 13% повышает жаростойкость чугуна. (ЧС5, ЧС5Ш, ЧС13)
Введение кремния свыше 14,25% делает чугун стойким к электрохимической коррозии (в соответствии с правилом Таммана) ЧС15, ЧС17;
Высокая стойкость кремнистых чугунов в электролитах связана с образованием на их поверхности защитной пленки SiO2
Защитная пленка образуется не сразу, а через некоторое время.

Легированные кремнистые чугуны
П мм/год
20 60 100 140 час
25
50
Зависимость скорости коррозии от времени
ЧС15 в кипящей 30% Н2SO4

Устойчивость кремнистого чугуна в Н2SO4
Кремнистый чугун хорошо стоит в Н2SO4 ;
Наименьшая устойчивость в кипящей 30% Н2SO4
П мм/год
20 40 60 % Н2SO4
0,5
0,25

Кислотная коррозия высококремнистых чугунов
Высококремнистые чугуны хорошо стоят в НNO3.
Считается, что НNO3, усиливает пленку SiO2.за счет образования оксидов железа. Наибольшее растворение в горячих разбавленных растворах.
Отлично высококремнистые чугуны стоят в смеси НNO3, и Н2SO4 причем лучше, чем в отдельных кислотах;
ЧC устойчив в Н3РO4 , но загрязненная фосфорная кислота HF становится опасной.
ЧС устойчив в органических и других слабых кислотах.

Кислотная коррозия высококремнистых чугунов
Высококремнистый чугун не устойчив: в HF, HCl, HBr, в сернистой кислоте Н2SO3 ;
Неустойчивость всех видов кремнистых чугунов в сернистой кислоте не ясна.
Для получения более устойчивого кремнистого чугуна в HCl в высококремнистые чугуны вводят дополнительно Мо в количестве 2-4% ЧС15М4; ЧС17М3.
По теоретическим представления в таких сплавах пленка SiO2 получается более толстая и соляная кислота не способна ее разрушать. Чугуны с Мо получили название антихлоры.

Коррозия легированного чугуна в нейтральных средах
Ни одна из естественных сред не вызывает серьезного разрушения кремнистых чугунов. Но пленка на них образуется не сразу и поэтому вначале они немного покрываются ржавчиной.
Из-за высокой устойчивости кремнистых чугунов в условиях подземной коррозии они применяются, как нерастворимые аноды при катодной защите, Наибольшую устойчивость при катодной защите имеют антихлоры ЧС15М4; ЧС17М3
В щелочах высококремнистые чугуны стоят хуже, чем обычные не легированные, так как SiO2 не стоек в щелочах. В кипящем 20% NaOH и в 50% NaOH при 60 0С кремнистый чугун растворяется со скоростью 1,27мм/год, а обычные 0,25мм/год
Поэтому кремнистые чугуны не рекомендуется использовать даже в слабых щелочах (типа NH4OH) и гидролизующихся со щелочной реакцией солях/