Тема 8. Общие сведения о коррозии металлов

На стальной прокат существенное влияние оказывает внешняя среда. Так, например, под действием атмосферной влаги сталь покрывается ржавчиной, алюминий тускнеет и т.п. Это явление в технике получило название коррозии. Под действием коррозии происходит постепенное разрушение поверхности металлического изделия, в результате чего снижаются его механические свойства, уменьшается поперечное сечение.

Различают следующие виды коррозии: химическую и электрохимическую.

При химической коррозии на поверхности металлического изделия образуется пленка оксида (окисла) или соли. Это результат взаимодействия поверхностного слоя металла с газами при высокой температуре или с жидкостями, не проводящими электрического тока (смола, минеральные масла и др.). Оксидные пленки различных металлов обладают разной прочностью: наименьшей – оксиды железа, легко отслаивающиеся от поверхности изделия и создающие тем самым благоприятные условия для дальнейшего развития коррозии; наибольшей – оксиды хрома, алюминия и др. металлов, обладающих большим сродством к кислороду. Оксиды этих металлов в виде тонкой пленки плотно прилегают к поверхности элементов конструкций, чем и затрудняют развитие коррозии.

Типичным примером химической коррозии является окалина на поверхности стальных изделий после их горячей обработки при высокой температуре – результат взаимодействия поверхностных слоев металла с горячими газами.

Электрохимическая коррозия основана на растворении металла в жидкой среде, проводящей электрический ток, – в электролите (вода, растворы кислот, пар и др.). При этом ионы металла переходят в раствор, заряжая металл отрицательно. Степень растворения металлов в электролите различна и зависит от температуры, химического состава и т.п. Примером электрохимической коррозии может служить разрушение морской водой подводной части различных сооружений в море – пирсов, морских платформ различного назначения и т.д.

Коррозия металлов, протекающая на открытом воздухе, объединяет в себе оба вида коррозии – химическую (соединение кислорода воздуха и металла) и электрохимическую (взаимодействие металла с влагой (водой)).

В зависимости от степени поражения изделия различают следующие виды коррозии: поверхностную (равномерную), местную и межкристаллитную.

Под поверхностной коррозией понимают постепенное равномерное разрушение всей поверхности металлического изделия.

Местная коррозия характеризуется тем, что она поражает только определенную часть поверхности изделия. Если не принять своевременно необходимых мер, то местное разрушение может достичь значительной глубины и вывести из строя изделие.

Наиболее опасным видом коррозии является межкристаллитная, при которой разрушение происходит внутри металла по границам зерен кристаллов. На поверхности таких изделий часто никаких следов коррозии не наблюдается, и поэтому выявить этот вид коррозии чрезвычайно сложно.

Коррозия наносит значительный ущерб во многих отраслях производства. Поэтому для снижения потерь от коррозии применяют различные способы защиты металла от коррозии.

Для предотвращения коррозии оборудования и аппаратуры, строительных конструкций зданий и сооружений в различных отраслях промышленного производства используют: легирование металлов, нанесение металлических и неметаллических защитных покрытий и др.

Легирование металла – хромом, медью, никелем, молибденом и др. – проводят в процессе выплавки металла и отливки заготовок либо путем составления шихты в мартеновских печах, вагранках и др. Легирующие элементы, улучшая механические свойства, повышают коррозионную стойкость металлов, образуя плотные защитные пленки оксидов.

Нанесение металлических покрытий нашло широкое распространение в промышленности для защиты поверхности изделий от коррозии. В качестве таких химических элементов применяют: цинк, никель, медь, хром, алюминий, кадмий, олово, свинец и др. Наносят металлические покрытия следующими способами: горячим, диффузионным, гальваническим, металлизацией.

Горячим способом выполняют цинкование (наносят цинк на поверхность изделий), лужение (то же, оловом) и свинцование путем окунания очищенных деталей в ванну с соответствующим расплавленным металлом.

Диффузионным способом осуществляют насыщение поверхности изделия алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и др. химическими элементами при высокой температуре.

Гальванический способ используют для покрытия основного металла хромом, никелем, бором, железом (осталивание), серебром и др.

Металлизация изделий осуществляется способом набрызгивания защитного металла (расплавленного металлического порошка) на поверхность защищаемого изделия с помощью специального инструмента – металлизатора.

Плакирование – нанесение на стальные изделия защитных покрытий алюминия, меди и др. металлов при помощи горячей прокатки или волочения.

Неметаллические покрытия на поверхности металла могут быть выполнены: химической и электрохимической обработкой поверхности, нанесением лакокрасочных материалов, гуммированием и т.п.

К химическим и электрохимическим способам покрытия относятся: анодирование, воронение, оксидирование, фосфатирование и др.

Наиболее доступным и простым способом защиты от коррозии металлических изделий является нанесение на их поверхность лакокрасочных покрытий – масляных и эмалевых красок, нитроэмалей, битумного лака и т.п.

Гуммирование чаще применяют для защиты деталей от коррозии химической аппаратуры путем нанесения слоя резины, набрызгивания и напыления пластмасс и синтетических материалов.

Для уменьшения потерь металла от коррозии для машиностроительного и иного оборудования и аппаратуры применяют нержавеющие, кислотоупорные, жаропрочные и другие специальные стали и сплавы.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1978. – 648 с.

2. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов. Под ред. проф. П.И. Полухина. – М., «Высшая школа», 1970. – 704 с.

3. Полухин П.И. и др. Технология металлов и сварка. – М., Высшая школа, 1977. – 464 с.

4. СНИП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 96 с.

5. Клименко Ф.Є., Барабаш В.М. Металеві конструкції. – Львів: Світ, 1994. – 280 с.

6. Металлические конструкции. Общий курса: Учебник для вузов /
Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1986. – 560 с.

7. Технология металлов и др. конструкционных материалов. Под ред. Прайса Г.А., 1973.

8. ГОСТ 27772-88* Прокат для строительных стальных конструкций.

9. Технология машиностроения и конструкционные материалы. Сальников Г.П. «Техніка», 1974, 320 стр.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие. 2

Тема 1. ВВЕДЕНИЕ. СТРУКТУРА КУРСА.. 4

1.1. Цель и задачи изучения дисциплины. Структура курса. 4

1.2. История развития науки о металлах. 6

1.3. Значение конструкционных материалов и способов их обработки в промышленности и строительном производстве. 10

Тема 2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ.. 14

2.1. Основные сведения о кристаллическом строении металлических тел. 14

2.2. Типы кристаллической решетки. 15

2.3. Особенности строения кристаллических тел. 16

2.4. Особенности существования кристаллических тел. 17

2.5. Дефекты кристаллического строения. 18

2.6. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов. 21

2.7. Свойства металлов и сплавов. 22

2.8. Методы испытания механических свойств. 24

Тема 3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ... 31

3.1. Основные понятия о металлических сплавах. 31

3.2. Диаграмма состояния двойных сплавов. 32

3.2.1. Основная информация о диаграмме состояния. 32

3.2.2. Порядок построения диаграммы состояния. 34

3.3. Железоуглеродистые сплавы. 36

3.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. 36

3.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы. 39

3.3.3. Структура сталей. 40

3.3.4. Чугуны. Структура чугунов. 40

3.4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали. 44

3.5. Цветные металлы и их сплавы. 46

Тема 4. ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ.. 49

4.1. Основные понятия в металлургии. 49

4.2. Основные способы получения металлов из руд. 50

4.3. Топливо и огнеупорные материалы металлургического производства. 50

4.4. Производство чугуна. 51

4.4.1. Материалы для выплавки чугуна. 51

4.4.2. Подготовка исходных материалов к плавке. 52

4.4.3. Доменный процесс. 53

4.5. Производство стали. 56

4.5.1. Кислородно-конвертерный способ. 56

4.5.2. Выплавка стали в мартеновских печах. 58

4.5.3. Выплавка стали в электрических печах. 60

4.5.4. Разливка стали. 61

4.6. Производство цветных металлов. 65

4.6.1. Производство алюминия. 65

4.6.2. Производство меди. 65

4.6.3. Производство титана. 66

Тема 5. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА ДАВЛЕНИЕМ... 67

5.1. Общие сведения. 67

5.2. Прокатное производство. 71

5.3. Волочение. 77

5.4. Прессование. 79

5.5. Свободная ковка. 80

5.6. Горячая объемная штамповка. 81

5.7. Холодная объемная штамповка. 83

5.8. Листовая штамповка. 84

Тема 6. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ.. 86

6.1. Превращения при нагреве стали. 86

6.2. Превращения в стали при охлаждении. 87

6.3. Основные виды термической обработки стали. 91

6.4. Химико-термическая обработка сталей. 95

Тема 7. УГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ.. 98

7.1. Классификация сталей. 98

7.2. Конструкционные стали. 100

7.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества. 100

7.2.2. Углеродистые и легированные качественные стали. 102

7.2.3. Стали высококачественные и особо высококачественные. 103

7.2.4. Цементуемые углеродистые и легированные стали. 104

7.2.5. Улучшаемые углеродистые и легированные стали. 104

7.2.6. Высокопрочные легированные стали. 105

7.2.7. Рессорно-пружинные стали. 105

7.2.8. Шарикоподшипниковые стали. 105

7.2.9. Износостойкие стали. 105

7.3. Инструментальные стали. 106

7.4. Легированные стали специального назначения. 108

7.5. Стали, применяемые для конструкций зданий и сооружений. 109

7.6. Определение марки стали экспресс-методом. 112

Тема 8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ.. 114

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 117

СОДЕРЖАНИЕ.. 118

 

 

Учебное издание

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

По дисциплине:

«Металлы и сварочные работы в строительстве»

 

Раздел:

«ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ»

(для студентов всех форм обучения
по направлению подготовки «Строительство»)

 

 

Составители:

БАКАЕВ С.Н., БУСЬКО М.В., ЗАЙЦЕВ Е.И., НАЗИМ Я.В.