Корозійна стійкість – одна з найважливіших властивостей металів, що визначає їх довговічність та експлуатаційні характеристики. Вплив навколишнього середовища, включаючи вологу, агресивні хімічні сполуки та механічні навантаження може значно погіршити властивості матеріалів, викликаючи корозію. Термічна обробка металів – це важливий інструмент, який дозволяє не тільки покращити механічні властивості, такі як твердість та міцність, але й впливає на корозійну стійкість. У цій статті ми розглянемо, як різні методи термічної обробки впливають на стійкість металів до корозії та які технології обробки найкраще підходять для підвищення їх захисних властивостей.
Механізм корозії металів
Корозія металів – це процес їхнього руйнування під впливом зовнішніх факторів, таких як волога, кислоти або солі. Основними типами корозії є:
Хімічна корозія: відбувається без участі електричних струмів, як правило, за високих температур, коли метал взаємодіє з агресивними середовищами, наприклад, газами.
Електрохімічна корозія: протікає внаслідок електрохімічних реакцій лежить на поверхні металів у присутності електроліту (води, кислоти, солі). Найбільш поширена у природних умовах.
Термічна обробка дозволяє змінювати структуру та склад металів, що безпосередньо впливає на їх здатність чинити опір цим типам корозії.
Відпал та його вплив на корозійну стійкість
Відпал – це процес нагрівання металу до певної температури з наступним повільним охолодженням. Відпал застосовується для зняття внутрішніх напруг, поліпшення пластичності та однорідності структури металу.
Вплив на корозійну стійкість: Відпалювання позитивно впливає на корозійну стійкість нержавіючих сталей і деяких сплавів. Процес сприяє збільшенню однорідності структури металу, усуває дислокації та мікротріщини, які можуть бути вогнищами для початку корозії. Особливо це важливо для корозійностійких сталей, таких як аустенітні та феритні сталі. Поліпшення структури після відпалу сприяє рівномірному розподілу легуючих елементів (наприклад, хрому), що підвищує стійкість до корозії в агресивних середовищах.
Застосування: Відпал часто застосовується для нержавіючих сталей, що використовуються у хімічній та харчовій промисловості, а також у виробництві обладнання, що контактує з агресивними середовищами.
Нормалізація та її роль у захисті від корозії
Нормалізація металу полягає в нагріванні до температури, при якій відбувається повне розчинення фаз, і подальшому охолодженні на повітрі. Цей метод використовується для поліпшення механічних властивостей та усунення структурної неоднорідності.
Вплив на корозійну стійкість: Нормалізація покращує структуру металу, роблячи її більш рівномірною та дрібнозернистою, що знижує ризик міжкристалітної корозії. Особливо це важливо для сталей, схильних до міжкристалітної корозії при роботі в умовах високих температур або агресивних середовищ.
Застосування: Нормалізація часто застосовується для вуглецевих та низьколегованих сталей, які зазнають корозійних впливів, наприклад, у трубопровідних системах, суднобудуванні та машинобудуванні.
Загартування та його вплив на корозійні властивості
Загартування полягає в нагріванні металу з наступним швидким охолодженням у воді, олії або іншому охолодному середовищі. Цей процес змінює кристалічну структуру металу, підвищуючи його твердість та зносостійкість.
Вплив на корозійну стійкість: Загартування саме по собі може незначно знижувати корозійну стійкість металів, тому що швидкі зміни структури можуть створювати залишкові напруги, мікротріщини та неоднорідності. Ці дефекти здатні бути джерелами корозії, особливо у агресивних середовищах. Однак застосування загартування у поєднанні з подальшою термообробкою, такою як відпустка або пасивація може значно покращити стійкість металів до корозії.
Застосування: Загартування особливо важливе для інструментальних сталей, які вимагають високої твердості та одночасно стійкості до корозії при використанні в агресивних умовах.
Відпуск після загартування
Відпуск – це процес повторного нагрівання металу після гарту до температури нижче точки рекристалізації з подальшим повільним охолодженням. Він знімає внутрішню напругу, що виникла в процесі загартування, і збільшує пластичність металу.
Вплив на корозійну стійкість: Відпуск усуває структурні дефекти, викликані загартуванням, що покращує опір корозії. Процес сприяє рівномірному розподілу легуючих елементів, таких як хром або нікель, що підвищує корозійну стійкість нержавіючих сталей. У деяких випадках після відпустки проводять пасивацію, що збільшує корозійну стійкість.
Застосування: Відпуск застосовується для деталей, які схильні як до механічних навантажень, так і до впливу корозійних середовищ, наприклад, для арматури, кріплень і деталей машин.
Загартування в захисних середовищах
Загартування в захисних середовищах, таких як вакуум або інертні гази, використовується для запобігання окисленню та формування окалини на поверхні металів. Цей метод особливо важливий для тих металів, які легко окислюються за високих температур.
Вплив на корозійну стійкість: Загартування у захисному середовищі зберігає чистоту поверхні металів, що зменшує кількість дефектів, що сприяють розвитку корозії. Такі процеси особливо ефективні для металів з високою схильністю до окислення, наприклад, титанових сплавів та нержавіючих сталей.
Цей метод використовується в аерокосмічній, медичній та електронній промисловості, де важливі як високі механічні властивості, так і стійкість до корозії.
Нітроцементація та її вплив на корозію
Нітроцементація – це процес, при якому сталевий матеріал насичується одночасно азотом та вуглецем. Цей метод як збільшує твердість поверхні, а й поліпшує корозійну стійкість рахунок формування нітридних сполук.
Вплив на корозійну стійкість: Нітроцементація створює на поверхні металу шар, стійкий до корозійних впливів, що особливо важливо для виробів, що працюють в агресивних середовищах. Азотисті сполуки, що формуються в ході процесу, значно збільшують корозійну стійкість сталі.
Застосування: Нітроцементація застосовується в автомобільній, машинобудівній та оборонній промисловості для деталей, що працюють в умовах підвищеної вологості та хімічної дії.
| Метал/Сплав | Тип термічної обробки | Корозійна стійкість до обробки | Корозійна стійкість після обробки | Примітки |
|---|---|---|---|---|
| Нержавіюча сталь (AISI 304) | Відпал, пасивація | Середня | Висока | Відпал усуває мікротріщини та напруги, пасивація створює захисний шар на поверхні. |
| Нержавіюча сталь (AISI 316) | Відпал, нормалізація | Висока | Дуже висока | Після нормалізації стійкість до міжкристалітної корозії значно збільшується завдяки рівномірній структурі та розподілу хрому. |
| Вуглецева сталь | Гарт, відпуск | Низька | Середня | Гартування покращує твердість, але може знизити корозійну стійкість. Відпуск знімає внутрішні напруги та дещо підвищує захисні властивості. |
| Титанові сплави | Гартування в захисному середовищі | Середня | Висока | Гартування у вакуумі запобігає утворенню оксидної плівки, покращуючи корозійну стійкість в агресивних середовищах, включаючи морську воду. |
| Алюмінієві сплави | Гарт, старіння | Середня | Середня | Гарт зростає міцність, але корозійна стійкість зберігається на середньому рівні. Процес старіння не має значного впливу. |
| Латунь | Відпал | Середня | Висока | Відпал покращує однорідність структури, знижуючи схильність до електрохімічної корозії. |
| Мідь | Відпал | Висока | Дуже висока | Відпал підвищує пластичність і усуває внутрішні напруги, що робить мідь менш схильною до корозійного впливу. |
| Інструментальна сталь (D2) | Гарт, відпуск | Низька | Середня | Гарт робить сталь твердою, але без відпустки може збільшити схильність корозії через залишкових напруг. Відпуск знижує ці ризики. |
| Миклетові сплави | Відпал | Дуже висока | Дуже висока | Відпал покращує структурну однорідність, що знижує ймовірність корозії навіть у кислотних середовищах. |
| Мартенситна сталь | Гарт, відпуск | Середня | Висока | Гартування підвищує твердість, а відпустка знижує ризик корозії за рахунок зняття внутрішніх напруг, покращуючи стійкість до корозійного розтріскування. |
Термічна обробка відіграє ключову роль у поліпшенні не тільки механічних властивостей металів, а й їхньої корозійної стійкості. Правильний вибір методу термообробки може суттєво збільшити термін служби виробів, що працюють у агресивних середовищах, таких як хімічна промисловість, суднобудування та енергетика. Оптимізація процесів відпалу, нормалізації, загартування та хіміко-термічної обробки дозволяє забезпечити не тільки високу міцність, але й захист від корозії, що робить метал більш надійним та довговічним.