Ostale legure otporne koroziji - FSB Online · Al-Si legura Al-Cu-Mg legura Ostale legure otporne koroziji ... -čvrsto ća im je na visokim temp. nešto niža nego kod legura na

-30.11.2015

-1

Ostale legure otporne koroziji

dr. sc. Vera Rede, izv. prof.Zavod za materijale


- Čisti aluminij je lagan, mekan, izdržljiv, istezljiv, deformabilan.

- Dobar omjer Rm/ρ čini ga idealnim za primjenu u transportu i za ambalažu.

- Dobro provodi struju i toplinu; primjenjuje se za radijatore, posuđe i sl.

- Potpuno je recikličan.

- Dade se dobro zavarivati.

- Vrlo brzo reagira s kisikom iz zraka i na površini stvara zaštitni sloj (Al2O3) od nekoliko nm, što ga čini otpornim na koroziju u dosta medija. Postojan je i u vrućim plinovima koji sadrže H2S i SO2. Debljina i svojstva ovog sloja mogu se povisiti postupkom anodizacije.

- Otpornost na koroziju se povećava rafinacijom (povećanjem čistoće).

- Dodir sa živom ili otopinama njezinih soli znatno smanjuje korozijsku otpornost.

Aluminij i njegove legure

fcc, ρ =2,7 g/cm3 , talište na ~ 660°C

-30.11.2015

-2

– Vapneno mlijeko tj. otopina (i suspenzija) jake lužine Ca(OH)2 djeluje jako agresivno na aluminij.

– U mazivima i tekućim gorivima je postojan.

– Nepostojan je u lužnatim sredinama a postojan u vlažnoj atmosferi, slatkoj vodi i mnogim aeriranim elektrolitima kojima je pH vrijednost između 4 i 9.

– Dovoljno je otporan na hladnu sulfatnu, nitratnu i kromatnu kiselinu, te na mnoge organske kiseline (octenu i druge kiseline u živežnim namirnicama).

– Neotporan je u kloridnoj i fluoridnoj, a nešto manje u mravljoj i oksalnoj kiselini.

– U kontaktu s drugim metalima, u prisutnosti elektrolita, aluminij je skoro uvijek negativniji (anoda).

– Aluminij se vrlo često legira bakrom, magnezijem, silicijem, manganom, kromom, cinkom i drugim metalima, i to uglavnom zbog povećanja čvrstoće i tvrdoće.



– Legiranje uglavnom djeluje nepovoljno na korozijsku postojanost, a najštetniji je dodatak bakra (koji inače bitno poboljšava mehanička svojstva aluminija).

– Korozijskom ponašanju aluminija najmanje škodi legiranje magnezijem i manganom.

– Općenito su monofazne legure otpornije od višefaznih.

– Ako se u duralima (3,5 do 5% Cu, 0,5 do 1,8% Mg i 0,5 do 0,8% Mn) intermetalni spojevi (CuAl2) izluče po granicama zrna, može u kiselim i lužnatim otopinama doći do interkristalne korozije.

putnički zrakoplov Airbus A 380

-30.11.2015

-3


Al-Si legura

Al-Cu-Mg legura


Primarna proizvodnja aluminija kroz povijest

Proizvodnja primarnog aluminija po regijama~ 40,5 milijuna tona

Više od polovice proizvodnje u EU (4,3 milijuna t) potječe od recikliranih

sirovina i taj trend je u porastu

Recikliranjem se štedi oko 95% energije potrebne za primarnu

proizvodnju

-30.11.2015

-4

Proizvodnja gnječenog aluminija u Europi

Raspodjela aluminijske proizvodnje u EuropiRaspodjela aluminijske proizvodnje

(lijevani proizvodi)

Potrošnja primarnog aluminija

Proizvodni oblici:odljevci, otkivci, cijevi, ploče, limovi,folije, ekstrudirani proizvodi ...



Titan i njegove legure

Titan ima čvrstoću i krutost sličnu čeliku, a 40 % manju gustoću.Legure titana dostižu čvrstoću do 1500 N/mm2 .Imaju dobra svojstva na povišenim temperaturama.

Korozijska otpornost titana i njegovih legura temelji se na postojanju vrlo tankog pasivnog oksidnog filma koji dobro prianja uz osnovni materijal i štiti ga od daljnje korozije.

Otporni su u atmosferi, u slatkoj i morskoj vodi, u otopinama mnogih soli, u vlažnom kloru, u razrijeđenim anorganskim kiselinama, u vrućoj dušičnoj kiselini (otporniji je od čelika), u razrijeđenim lužinama itd.

Rupičasta i napetosna korozija mogu nastati u kloridnoj, sumpornoj, mravljoj i oksalnoj kiselini srednjih koncentracija, u vrelim koncentriranim otopinama klorida i u dimećoj dušičnoj kiselini.

hcp, talište na 1668°C, ρ = 4,506 g/cm3

-30.11.2015

-5


Zbog izvrsne otpornosti na koroziju se koristi u kemijskoj industriji, brodogradnji i medicini (implantati su kompatibilni s ljudskom organizmom).

Koristi se u zrakoplovnoj industriji za izradu dijelova trupa aviona i dijelova mlaznih motora.

Legure titana su dominantan materijal za izradu konstrukcije suvremenih vojnih zrakoplova.

U novije vrijeme, zbog relativno niže cijene, područje primjene titana i njegovih legura se širi (off-shore i sl.).

lovac F 22 Raptor

Udjeli materija u konstrukciji


Nikal i njegove legure

Ukupna svjetska proizvodnja (2007.): 1454 200 t

34%

29%

23%

11%

22%

Otpornost na koroziju je gospodarstveno najvažnije svojstvo čistog nikla !!!

fcc; talište na 1455°C; ρρρρ = 8,902 g/cm3 ; feromagnetična svojstva,

Raspodjela potrošnje

Oko 10% ukupne godišnje proizvodnje troši se za postupke elektroplatiranja. Ni-prevlake znatno povisuje otpornost na koroziju a mogu povisiti i površinsku tvrdoću.

65%

22%

-30.11.2015

-6

Klasifikacija prema kemijskom sastavu:

Nikal legure

Legure nikla i bakra

Legure nikla i željeza

Legure nikla, kroma i željeza

Legure nikla, kroma, molibdena i željeza

Legure dobivene metalurgijom praha


Legure otporne na koroziju

Legure otporne na visoku temperaturu

Legure kontrolirane istezljivosti

Legure s posebnim električnim svojstvima

Legure s posebnim magnetnim svojstvima

Legure s efektom prisjetljivosti oblika

Ni-legure s više od 15 % Cr otporne su na oksidaciju i pougljičenje na temperaturama višim od 760°C

Izvrsna korozijska otpornost u različitim medijima

Nikal ima dobra mehanička svojstva, lako se obrađuje i oblikuje, a korozijski je prilično otporan.

U vrućim oksidirajućim plinovima nikal je postojan do 1000°C, iako se njegova mehanička svojstva naglo pogoršavaju iznad 800°C.

Atmosferska korozija nikla je vrlo spora; očituje se gubitkom sjaja i polaganim tamnjenjem metala.

Postojan je u neoksidirajućim solima, u slabo aeriranim razrijeđenim neoksidirajućim kiselinama i organskim kiselinama.

U oksidirajućim kiselinama je potpuno nepostojan .

Vrlo je otporan na jake lužine sve do vrelišta.

Nikal legure (s više od 95% Ni)

-30.11.2015

-7

Ni Cu Fe Cr Al Ti

Monel 400 65.4 32 1.00 — — —

Monel 404 54.6 45.3 0.03 — — —

Monel R-405 65.3 31.6 1.25 0.1 — —

Monel K-500 65.0 30 0.64 — 2.94 0.48

Legura Monel 400 ima visoku čvrstoću, dobru zavarljivost, izvrsnu žilavost uširokom rasponu temperatura i izvrsnu korozijsku i tribološku otpornost u slanojvodi pri velikim brzinama strujanja (osobito na kavitaciju i eroziju). Primjenjuje seza propelere, dijelove pumpi, kondenzacijske cijevi itd.

Legura Monel R-405 ima sličnu korozijsku otpornost kao legura Monel 400 i neštodrukčija mehanička svojstva.

Monel K-500 je toplinski očvrstiva legura. Ima izvrsnu otpornost na koroziju iodlična mehanička svojstva u širokom temperaturnom rasponu - povišenu čvrstoćui tvrdoću do 650°C. I na niskim temperaturama do -250°C zadržava visokučvrstoću, žilavost i istezljivost. Korise se za dijelove pumpi, kirurške noževe iinstrumente, elektroničke komponente i opruge.

Legure nikla i bakra

Legure nikla, kroma i željeza (Inconel alloy)

Ova skupina legura sadrži 50–80% Ni, a razvijena je za rad na visokimtemperaturama u oksidirajućem okruženju.

Posjeduju visoku čvrstoću i korozijsku postojanost uz nepromijenjenužilavost od vrlo niskih do vrlo visokih temperatura.

Otporne su na napetosnu koroziju u kloridnom okruženju.

Koriste za komponente u nuklearnim reaktorima, za prigušnice u pećima,elektroničke komponente, cijevi izmjenjivača topline, za dijelove opreme ukemijskoj i prehrambenoj industriji, dijelove plinskih turbina, cijevi, oprugeitd.

-30.11.2015

-8

Legure nikla, željeza i kroma (Incoloy alloy)

Sadrže 30-45% Ni, a koriste se na povišenoj i visokoj temperaturi gdje se traži visoka čvrstoća, otpornost na oksidaciju i pougljičavanje.

Krom osigurava otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju i opću koroziju.

Nikal je zaslužan za austenitnu mikrostrukturu koja daje dobru istezljivost i nakon izlaganja visokoj temperaturi. Također povećava otpornost prema općoj i napetosnoj koroziji.

Tipična primjena:

oprema za toplinsku obradu i izmjenjivači topline u kemijskoj, petrokemijskoj i nuklearnoj industriji, osobito ako se traži otpornost napetosnoj koroziji.

Legure nikla s kromom i molibdenom (Hastelloy alloy)

Ova grupa legura sadrži 45-60% Ni i razvijena je za vrlo zahtjevne radneuvjete.

Većina ovih legura ima visoku otpornost na oksidaciju a neke imajupostojanu čvrstoću do 1093°C.

Otpornost u sumpornoj i kloridnoj kiselini je značajno povećana u odnosuna čisti nikal.

Primjenjuju se za:

- ispušne cijevi aviona na mlazni pogon,

- dijelove u kemijskoj, petrokemijskoj i industriji prerade nafte,

- u proizvodnji celuloze i papira, sintetičkih vlakana i umjetnog gnojiva,

- cijevi generatora pare i posude pod tlakom u nuklearnim reaktorima,

- lopatice plinskih turbina, komore za izgaranje, diskove rotora i drugevisoko-temperaturne komponente...

-30.11.2015

-9


Kobaltove legure

- primjenjuju se za iste namjene kao i toplinski otporne legure nikla

- toplinski otporan lijev, kovane i sinterirane legure (superlegure)

- povišenje čvrstoće kod kobaltovih superlegura postiže se precipitacijom karbida – W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr, B

- dobro su livljive i zavarljive, otporne na koroziju i umor

- čvrstoća im je na visokim temp. nešto niža nego kod legura na bazi nikla

- primjena: za nerotirajuće dijelove plinskih turbina i dijelove mlaznih motora

- temperatura primjene ne treba biti viša od 1000°C.

Legure kobalta s kromom i molibdenom – postojane su prema biološkimsokovima i služe za izradu kirurških umetaka i trajnih zubnih protezaPostojane su na vruće oksidacijske plinove.

30..65% Co, 15..30% Cr, 0..20% Fe, 0..32% Ni i do 1,1 % C

hcp; talište na 1495°C, ρρρρ = 8,9 g/cm3 , feromagnetična svojstva

Bakar i njegove legure


Općenito imaju vrlo visoku otpornost na koroziju.

U vlažnoj atmosferi, prirodnim vodama i tlu bakar se prekriva plavozelenim slojem produkata korozije – patinom, koja ima snažno zaštitno djelovanje.

Djelovanjem octene kiseline uz prisutnost zraka nastaje otrovni spoj bazični Cu(II) acetat - ne rabi se u prehrambenoj industriji.

Osobito je postojan u industrijskim, gradskim i morskim sredinama - ima visoku otpornost u kontaktu s morskom i slatkom vodom.

Otporan na biološko zaprljanje (biofouling) tj. obraštanje biljnim i životinjskim organizmima koji žive u moru ili slatkoj vodi.

Općenito je postojan u lužnatim otopinama, osim u onima koje sadrže amonijak.

Nije otporan na sumpor i njegove spojeve.

Lako se oblikuje i obrađuje a primjenjuje se u elektrotehnici, termoenergetskim i procesnim postrojenjima.

fcc; feromagnetična svojstva, talište na 1084,6°C; ρ = 8,902 g/cm3

-30.11.2015

-10


Posebne mjedidodatak Al, Mn Ni i Si povisuje otpornost na koroziju u pojedinim medijima

Legure s niklom i cinkom (novo srebro) osjetljive su na napetosnu koroziju

Legure bakra sa cinkom :

Obične (α i α+β)α-mjedi imaju sličnu korozijsku postojanost kao čisti bakar

osjetljive su na napetosnu koroziju (amonijak + vlaga)legiranje Zn (<15%) povisuje otpornost na koroziju u vodi

α+ββββ -mjedi nisu toliko postojane (β-faza je neplemenitija)

α-mjed -α+ββββ -mjed


Korozijska otpornost bronci slična je kao kod bakra ali su mehanička svojstva puno bolja.

– Kositrene bronce su otpornije u vrućim oksidirajućim plinovima, u vlažnoj atmosferi i morskoj vodi, u sumpornoj kiselini i organskim kiselinama. Osobito su otporne na erozijsku koroziju. Manje su otporne od čistog bakra u kloridnoj kiselini i lužinama.

– Aluminijske bronce su otpornije od kositrenih u vrućim oksidirajućim plinovima osobito ako sadrže H2S, a postojanije su i u kloridnoj kiselini.

– U fosfornim broncama dodatak fosfora poboljšava otpornost na oksidaciju.

– Berilijeve bronce otpornije su od bakra u vrućim oksidirajućim plinovima.

– Silicijeve bronce otporne su na sumpornu i kloridnu kiselinu a otporne su i na pojavu pukotina zbog napetosne korozije.

– SnPb-bronce imaju sličnu otpornost kao kositrene bronce.

Dio bronci je izuzetno otporan na koroziju, a dio ima dobra klizna svojstva.Bronce se koriste za izradu izmjenjivača topline te u brodogradnji, kemijskoj ipetrokemijskoj industriji itd.

Legure bakra bez cinka - bronce :

-30.11.2015

-11


O kemijskoj postojanosti bakra i njegovih legura svjedoče brojni arheološki nalazi stari nekoliko tisuća godina

Mikrostruktura zakovice s kacige stare ~ tri tisuće godina(arheološko nalazište u blizini Kaptola)

43%

32%

19%


42% 12%

28%

Raspodjela potrošnjeUkupna svjetska proizvodnja

Nalazišta bakrene rude

-30.11.2015

-12

Mehani čka svojstva lijevanih bakrenih legura



Olovo i njegove legure

• Pb ima sposobnost stvaranja čvrsto prianjajućih slojeva od olovnih spojeva – sulfata (u H2SO4), oksida (na zraku) i karbonata (u vodi),

• postojanost u otopinama bitno ovisi o pH-vrijednosti otopine, a najviša je za pH = 6...9,

• najviše se Pb rabi u proizvodnji H2SO4.

fcc, talište na 327,5°C, ρ = 11,34 g/cm3

-30.11.2015

-13


Tantal

Cirkonij

• Ta je inertan prema svim organskim i anorganskim spojevima pri <150 ºC osim u fluoridnoj kiselini i dimećoj sulfatnoj kiselini (oleum – sadrži 20 do 30% otopljenog sumpor-trioksida),

• Pri <150 ºC Ta je inertan prema svim koncentracijama kloridne i nitratne kiseline, prema 98 %-tnoj sulfatnoj kiselini, 85 %-tnoj fosfatnoj kiselini i čitavom nizu drugih fluida,

• Korozijski neotporan na vruću oksalnu kiselinu.

• Otporan je na mineralne kiseline, lužnate otopine, većinu organskih otopina i otopina soli.

• Otporan je na oksidaciju na zraku, na paru, CO2, SO2, N2 i O2 na temperaturama do 400°C.

Zavod za materijale Doc. dr. sc. Vera Rede

Hvala na

pažnji!☺

Izvori:

Filetin, Kovačiček, Indof: SVOJSTVA I PRIMJENA MATERIJALA, 2002.

Kutz: HANDBOOK OF MATERIALS SELECTION, 2002.

Esih, Dugi: TEHNOLOGIJA ZAŠTITE OD KOROZIJE, 1990.

Documents

Ostale legure otporne koroziji - FSB Online · Al-Si legura Al-Cu-Mg legura Ostale legure otporne koroziji ... -čvrsto ća im je na visokim temp. nešto niža nego kod legura na