Жаростойкость металлов.

Жаростойкость одного и того же металла зависит от многих внешних и внутренних факторов. К первым относят температуру, состав газовой среды, скорость ее движения, парциальное давление окислителя. Повышение температуры и скорости движения газовой фазы увеличивает скорость окисления. Изменение парциального давления кислорода оказывает более сложное влияние. Рост парциального давления кислорода ускоряет процесс коррозии металлов, образующих рыхлые оксиды, а также плотные оксиды с большим избытком кислорода. Коррозию железа усиливает наличие в газовой фазе и сернистых газов.

ТАБЛИЦА 14.4. (см. скан) Жаростойкость чистых металлов

Внутренними факторами являются химический состав металла, структура и чистота обработки поверхности. Наибольшее влияние оказывает химический состав металла, который определяет кристаллическую структуру и защитные свойства оксида. Полированные поверхности окисляются медленнее, так как оксиды равномерны по толщине и поэтому более прочно сцеплены с поверхностью металла.

Сравнительная оценка жаростойкости чистых металлов по скорости окисления на воздухе в интервале допустимых рабочих температур приведена в табл. 14.4.

Очень плохая жаростойкость магния при температурах выше связана с образованием рыхлого оксида которого коэффициент объема . В интервале температур 500 — 600 °С скорость окисления магния лежит в пределах от до Порошок магния бурно окисляется и самовоспламеняется при нагреве.

Оксиды металлов второй группы плотные, но их защитные свойства ухудшаются при нагреве выше Это объясняется тем, что оксиды тугоплавких металлов имеют поэтому возникают большие внутренние напряжения, разрушающие оксиды. Кроме этого, оксиды и имеют низкие температуры сублимации и при нагреве испаряются. Оксиды образующиеся при нагреве, теряют кислород вследствие его большой растворимости в металле и не защищают от дальнейшего окисления. Это явление называют деградацией оксида. При высоких температурах и длительных выдержках оксид становится даже рыхлым. Оксид циркония в этом случае меняет окраску: из белого он становится черным. Порошок циркония, так же как и магния, склонен к самовозгоранию даже от нагрева при трении и ударах. Для тугоплавких металлов скорости окисления на воздухе в интервале температур лежат в пределах от до

Металлы третьей группы в интервале температур 500-600 °С окисляются на воздухе со скоростью от до а в интервале 700-800°С от до

Рис. 14.10. Влияние температуры на скорость окисления железа на воздухе

Относительно высокие скорости окисления у металлов этой группы связывают с большой дефектностью образующихся при нагреве оксидов.

В процессе окисления железа и стали на поверхности растут несколько оксидов, у которых химический состав, кристаллографическая структура и защитные свойства различны.

Температурная зависимость скорости окисления железа на воздухе отражает изменения состава и структуры образующихся на поверхности оксидов (рис. 14.10). До 560 °С окисление идет медленнее, так как на поверхности образуются оксиды с хорошими защитными свойствами. При дальнейшем нагреве эти оксиды вследствие большого коэффициента объема Ф растрескиваются. Единственно защитным оксидом становится с худшими защитными свойствами. Именно по этой причине предельно допустимая рабочая температура нагрева на воздухе для чистого железа составляет 560 °С. Благодаря легированию эту температуру удается повысить до 1000-1200 °С.

Металлы четвертой группы обладают хорошей жаростойкостью. Скорость окисления на воздухе в интервале температур 400-600 °С менее а в интервале температур 700-800 °С составляет Металлы этой группы, наряду с элементом используют при жаростойком легировании.