Подпишитесь на обновления сайта. Получайте новые статьи на почту:

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНО – ЛЕГИРОВАННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

УДК 620.193.01:543.55

 

Л.О. ЧУНЯЕВА канд. техн. наук, О.Н. ЧУНЯЕВ, НТУ “ХПИ”

 

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНО –

ЛЕГИРОВАННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

За допомогою фізичних та фізико-хімічних методів  розроблена нова методика контролю поверхнево-легованих вуглецевих сталей. Вона враховує найважливіші фізико-хімічні та електрохімічні властивості захисних карбідних шарів. Методика створена для промислового контролю поверхнево-легованих виробів.

By means of physical and physicochemical methods the new method of control of surface alloyed carbon steel has been developed. It takes into account the most important physicochemical and electrochemical properties of protective carbide layers. The method has been developed for industrial control of surface alloyed products.

1.Общие замечания. Теоретически и экспериментально в работах [1-3] было показано, что при использовании технологии диффузионного карбидного поверхностного легирования (ДКПЛ), для защиты углеродистых сталей, на последних образуется износо- и коррозионно-стойкий карбидный слой.

Разработанные технологические схемы и составы рецептур для широкого спектра изделий, имеют своей целью повысить их качество и долговечность, при существенной экономии природных ресурсов и экологической чистоте производства. Широкое распространение технологии ДКПЛ может позволить снизить расход металла и легирующих элементов, как за счет легирования тонкого поверхностного слоя, вместо всего объема изделий, так и за счет снижения потерь от коррозии.

Настоящая работа состояла в разработке методов контроля защитного карбидного слоя на углеродистых сталях, в условиях промышленного производства диффузионно-легированной продукции.

2.Методика. Объектами исследования были образцы сталей 35 и 45, защищенные по технологии ДКПЛ.

Для установления зависимости “параметр — стойкость” использовали комплекс физических методов: рентгенографию, оже-электронную спектроскопию, микрорентгеноспектральный анализ, металлографические исследования.

Исследования физико-химических свойств поверхностного слоя изучали электрохимическим и гравиметрическим методами. Потенциодинамические кривые снимали на потенциостате П-5827 со скоростью развертки 20 мВ/мин. Определение железа и хрома в растворах проводили радиохимически (спектрометрическая установка СЭГ-10 с полупроводниковым детектором ДГДК-80), атомно-абсорбционным (спектрофотометром Перкин – Элмер, модель 503) и фотоколориметрическим (ФЭК-56) анализами.

Электрохимические и коррозионные испытания проводили в стандартной электрохимической ячейке. Вспомогательный электрод – платина, электрод сравнения – хлорсеребряный. Результаты электрохимических измерений пересчитывали на стандартную водородную шкалу.

Качество противокоррозионного легирования оценивали по потенциалу коррозии и плотности предельных диффузионных токов на анодных поляризационных кривых. Коррозионные испытания проводили для проверки заключений, сделанных по результатам электрохимических измерений.

Характеристики рабочих растворов, которые использовали для исследований, приведены в таблице 1.

    Таблица 1

Характеристики рабочих растворов

3.Принципы и методы контроля качества слоя, после обработки по технологии ДКПЛ.

3.1 Испытания на питтингостойкость.

Свойства и стойкость индивидуальных соединений карбидов хрома изучены достаточно хорошо [4–6]. В данной работе проведена сравнительная оценка питтингостойкости карбидных соединений хрома, разработанным в НИФХИ им. Л.Я. Карпова способом [7].

Из литературных источников известно [8], что партии стали одной марки, но полученные от разных изготовителей могут отличаться по питтингостойкости из-за присутствия разных микро примесей и различий в технологическом процессе. Аналогично, все металлоподобные (хорошо проводящие электрический ток), соединения хрома с неметаллами (карбиды, карбонитриды, оксикарбонитриды), которые в дальнейшем мы называем карбидными соединениями, отличаются тем, что при отклонении от стехиометрического состава и повышении пористости, скорость их коррозии увеличивается.

При легировании по технологии ДКПЛ, на поверхности, может формироваться тонкий слой карбонитрида хрома, поэтому исследовали также поведение карбонитрида. Для сравнения проверяли действие растворов трихлорида хрома на легированный слой. В таблице 2 приведены значения потенциалов коррозии в момент погружения образца и при выдержке в растворах трихлорида хрома и хлорида натрия до 720 часов.

Как следует из таблицы, потенциалы коррозии карбидных соединений лежат в пассивной области. Во всех случаях, питтингостойкость карбидных соединений и защитного слоя, состоящего из них, на углеродистой стали 45 выше, чем у нержавеющей стали.

Компактные карбиды хрома полностью питтингостойки. Диффузионный карбидно-хромовый слой, который образуется на стали 45 после химико-термической обработки по технологии ДКПЛ не имеет пор после проведенных электрохимических исследований. С момента погружения образцов и после 720 ч. выдержки в насыщенном растворе CrCl3 и 4,5М растворе NaCl значения потенциала коррозии не ниже 0,2В.

                                                                                                                                                       Таблица 2

Изменение потенциалов коррозии во времени

3.2 Электрохимические исследования.

Поляризационные кривые, характеризующие защитную способность диффузионно-легированного (ДЛ) слоя в сравнении с исходной сталью 45 в 4,5М растворе NaCl приведены на рис.1. ДЛ сталь имеет устойчивую область пассивного состояния.

Согласно литературным данным, карбиды хрома отличаются высокой склонностью к самопассивации [8]. Особенно характерна для карбидов хрома чрезвычайно высокая стойкость, по сравнению с хромом, в области активно – пассивного перехода, а также, подчеркивают эти авторы, в пассивной области в кислых хлоридсодержащих средах. Полученные нами результаты полностью согласуются с приведенными литературными данными [9].

Карбидный хромовый защитный слой, полученный по технологии ДКПЛ, стоек и плотен, и не имеет пор.

Далее нами были проведены исследования для выявления возможных дефектов слоя при использовании технологического процесса ДКПЛ для защиты углеродистых сталей. Использовали тот же раствор трихлорида хрома, что и при исследовании питтингостойкости. Для этого ДЛ образцы выдерживали в этом растворе в течение 4 часов при потенциале 0,4В. Поляризационные кривые карбидных соединений, после активирующей выдержки, приведены на рис.2.

Из приведенных данных следует, что во всех случаях, стойкость карбидных соединений и защитных слоев выше, чем у нержавеющей стали и чистого хрома.

Рис. 1. Зависимость стационарной скорости растворения в 4,5 М NaCl от потенциала:

1) незащищенной стали 45; 2) чистого хрома; 3) стали 45 легированной хромом; 4) сталь 12Х18Н10Т.

 Анализ полученного массива данных позволяет сделать следующие обобщения. Полностью бездефектные образцы в 4,5М NaCl имеют потенциал положительнее 0,2В. Эти же значения сохраняются после длительной выдержки. Таким образом, потенциал служит мерой степени дефектности, а плотность анодного тока – коррозионной стойкости. Предлагаемая последовательность контроля изделий и материалов должна проводиться в следующем порядке:

-          визуальная оценка – легированная поверхность изделия ровного, от светло серого до серого цвета;

-           установление бездефектности поверхностно легированного слоя в растворе HNO3 (25%) или по ферроцианидной пробе;

-          электрохимическая разбраковка: определение потенциала коррозии в растворе NaCl в  момент погружения и через 24 часа. Стационарный потенциал в 4,5M NaCl положительнее 0,2В характерен для бездефектных образцов. Более отрицательный потенциал свидетельствует о наличии дефектов;

-          снятие анодных поляризационных кривых в 4,5М растворе NaCl до +0,5В. Максимальная анодная плотность тока для практически бездефектных образцов не должна превышать 0,01 А/м2.

Рис. 2. Анодные поляризационные кривые, снятые на сталях в растворе CrCl3:

1) незащищенная сталь 45; 2) чистый хром; 3) сталь 45 легированная хромом.

Полученные суммарные данные, характеризующие защитную способность ДЛ слоя, по сравнению с незащищенной сталью 45, свидетельствуют, что для агрессивных сред использование ДЛ сталей может решать основные коррозионные проблемы.

Список литературы: 1. Колотыркин Я.М., Заец И.И., Зайцев И.Д., и др. Открытие №368; Опубл. 1989 г., Сб. Открытия в СССР- 13с. 2.Колотыркин Я.М., Новаковский В.М., Заец И.И. и др.// Защита металлов.-1984.-Т.20,№1.-С.3. 3. А.с. 912772 СССР, / И.И. Заец, И.Д. Зайцев, Г.А. Ткач (СССР); Опубл. 1982, Бюл.№8. 4. Княжева В.М., Бабич С.Г., Колотыркин Я.М., Кожевников В.Б.// Защита металлов.-1991.-Т.27,№4.-С.603-616. 5. Бабич С.Г. Коррозионно-электро-химические свойства карбидов и нитрида хрома и их влияние в качестве избыточных фаз на коррозионное поведение нержавеющих сталей: Дис… канд. хим. наук: 05.17.14. –М,1988.- 146 с. 6. Княжева В.М., Бабич С.Г, Стояновская Т.Н. и др. // Защита металлов.-1987.-Т.23,№6.-С. 930-935. 7. Раствор для активации поверхности металлов и сплавов: А.с. 055053 СССР, / В.М. Новаковский, Т.Н. Стояновская, Т.А. Уголькова (СССР).-№4950787/26; Заявлено 27.06.91. 8. Фрейман Л.И. и др. // Защита металлов.-1986.-Т.22,№2.- С. 179-195. 9. Юрченко О.С., Княжева В.М. и др. Получение и исследование коррозионно-электрохимических свойств образцов карбидов хрома высокой плотности // Порошковая металлургия.-1983.-№4.- С. 72-76.

Понравилась статья? Расскажите друзьям.
Общайтесь с нами:

Добавить комментарий