Обеспечение жаростойкости

При воздействии повышенных температур на поверхности сплавов возможно развитие газовой коррозии.

Газовая коррозия – процесс постепенного повреждения поверхности металлов и сплавов при эксплуатации в газовых средах при высоких температурах.

Жаростойкость – способность металлов и сплавов сопротивляться газовой коррозии. Газовой коррозии подвержены все металлы и сплавы за исключением золота, платины и серебра. Этот процесс особенно опасен для изделий и деталей в составе различных двигателей, турбин, печного оборудования, энергетических установок.

Газовая коррозия или высокотемпературное окисление имеет место в атмосферах с кислородсодержащими газами: чистый кислород, сухой воздух, водяной пар Н₂О, углекислый газ СО₂, диоксид серы SО₂. Если процесс окисления протекает непрерывно, то масса изделия увеличивается за счет нарастания оксидной пленки (если она химически устойчива и остается на металле), или уменьшается, если оксид химически неустойчив и испаряется. В обоих случаях непрерывно протекающее окисление металла приводит к повреждению изделия, так как уменьшается его полезное сечение.

К характеристикам жаростойкости относится скорость коррозии, выражаемая в г/мм² сек или мм/год.

Устойчивыми к высокотемпературному окислению являются сплавы, на поверхности которых образуются оксиды с защитными свойствами.

Жаростойкость в широком интервале температур обеспечивается оксидами, которые образуются на поверхности при легировании хромом, алюминием и кремнием и обладают защитными свойствами. Эти элементы имеют большее сродство к кислороду, чем железо, поэтому при нагреве кинетически раньше, чем оксиды железа, образуются сложные оксиды состава FeCr₂O₄ и FeAlO₄, которые называются шпинелями (Ме₃О₄). Шпинели обладают как макро -, так и микросплошностью. Эксплуатационные свойства защитных пленок при повышенных температурах зависят также от адгезии их с металлом, разности коэффициентов линейного расширения (металл - оксид), от пластичности.

В качестве жаростойких используют хромистые (12 - 28 % хрома) и хромоникелевые стали. Содержание алюминия и кремния в сталях ограничено, так как они существенно понижают пластичность.

Жаростойкие покрытия применяют в зависимости от условий работы детали, требований к ресурсу, состава окислительной среды и химического состава защищаемого материала. Для повышения жаростойкости используют диффузионное насыщение алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и многокомпонентные покрытия в сочетании с другими элементами: танталом, иттрием, рением, гафнием.

Хромированию подвергают детали паросилового оборудования, пароводяной аппаратуры, клапанов и деталей, работающих на износ в агрессивных средах. Его применяют также для повышения стойкости деталей газового тракта в серосодержащих средах в двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках (выпускные клапаны, турбинные лопатки).

В результате алитирования жаростойкость сталей повышается до 850 - 900°С.

Алитированию и хромоалитированию подвергают чехлы термопар, детали разливочных ковшей в сталеплавильном производстве, клапаны и другие детали, работающие в условиях газовой коррозии.