Методические указания к выполнению лабораторных работ

Общие указания

Описание каждой работы включает разделы, позволяющие усвоить цель и содержание работы, методику ее выполнения и требования по оформлению отчета.

Теоретические сведения, достаточные для самостоятельного решения поставленных в работах задач, изложены в опорном конспекте по дисциплине, имеющемся в настоящем издании.

Условием успешного прохождения лабораторного практикума является сознательное выполнение каждой лабораторной работы и подробная запись условий исследования и результатов наблюдений и измерений.

С исчерпывающей полнотой в отчете должны быть описаны исследуемые материалы, геометрические размеры испытуемых образцов, температуры и длительности испытаний, составы и концентрации реактивов.

Краткие выводы должны содержать объяснение полученных результатов.

Выполнение лабораторных работ связано с использованием муфельных термических печей и применением растворов кислот. Попадание этих реактивов на кожу может вызвать ожоги или другие повреждения, а их попадание на одежду может привести ее в негодность.

Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо выполнять следующие требования:

1. Электрические муфельные печи для термической обработки образцов включает только преподаватель; он же устанавливает необходимые режимы нагрева.

2. При работе на печах соблюдать «Правила безопасности при эксплуатации электротермических установок».

3. Поскольку через рабочие окна печей уходит 8-12 % теплоты, для защиты от теплового излучения следить за плотным прилеганием дверец к корпусу печей.

4. Загрузку образцов в печи и их выгрузку после термической обработки выполнять в брезентовых рукавицах при помощи специальных клещей.

5. Нагретые при термической обработке образцы для охлаждения размещать на огнеупорном керамическом материале.

6. Во избежание ожогов не брать голыми руками неостывшие образцы и тигли.

7. Не класть личные вещи на лабораторные столы.

8. Не курить во время работы.

9. О всех несчастных случаях немедленно сообщать преподавателю.

Общие сведения о методах коррозионных испытаний и исследований

Основной практической целью коррозионных испытаний обычно является определение долговечности данного металлического материала в агрессивных условиях.

В задачи коррозионных исследований может входить определение механизма процесса коррозии, установление агрессивного компонента внешней среды и влияния основных факторов на коррозионную стойкость металлов и сплавов, выбор более коррозионно-стойкого металлического материала, оценка эффективности методов защиты металлических изделий от коррозии и проверка выпускаемой металлопродукции на коррозионную стойкость.

Оценку коррозионной стойкости металлов производят с помощью качественных и количественных показателей.

Качественные показатели коррозии определяют, используя:

1. Визуальное наблюдение состояния поверхности образцов.

2. Наблюдение за состоянием агрессивной среды.

3. Цветные индикаторы для выявления анодных и катодных участков корродирующей поверхности металлов.

4. Микроскопические исследования.

В коррозионных исследованиях используется несколько количественных показателей.

Одним из них является весовой показатель - изменение веса образца в процессе коррозии. Метод коррозионных исследований, основанный на определении этого показателя, называется гравиметрическим.

В случае общей равномерной коррозии скорость процесса характеризуется глубинным показателем

[мм/год], (6)

где - показатель убыли (прибыли) массы металла, г/м²ч;

r_ме – плотность металла, г/см³;

D m – изменение массы образца в результате коррозии, г;

S – поверхность образца, м²; t - длительность испытаний, час.

Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов является универсальной, но разные отрасли техники имеют свои допуски на коррозию, которыми и надлежит руководствоваться в соответствующих случаях.

Объемный показатель - количество газа, поглощенного (кислорода) или выделившегося (водорода) в процессе коррозии:

[см³/см²×ч], (7)

где V - объем выделившегося или поглощенного газа;

S - поверхность металла;

t -время испытания.

Показатель изменения механических или физических свойств (прочности, электросопротивления и др.):

, (8)

где s₁ - предел прочности до испытания;

s₂ - предел прочности после испытания;

, (9)

где R ₁ - электросопротивление до испытания,

R ₂ - электросопротивление после испытания.

Показатели изменения механических или физических свойств могут при-меняться в случаях как равномерной, так и неравномерной коррозии.

Методы коррозионных исследований по общему характеру испытаний подразделяются на три группы: лабораторные, внелабораторные и эксплуатационные.

Лабораторные методы коррозионных исследований

Лабораторные коррозионные исследования проводятся на металлических образцах в искусственно создаваемых условиях.

Образцы, применяемые для коррозионных испытаний, имеют, как правило, простую форму - пластин, проволоки, брусков прямоугольного или круглого сечения. Изменение механических свойств в результате коррозии определяют на образцах, обычно применяемых для механических испытаний.

Поверхность образцов, как правило, должна быть шлифованной. Если образец покрыт тонким слоем оксидов, то его зачищают мелкой наждачной бумагой. Если поверхность образца покрыта окалиной, то ее следует удалить протравливанием.

Один из растворов для травления железоуглеродистых сплавов - 5%-ная азотная кислота с добавкой 1% фтористого натрия. Образцы из меди и ее сплавов, а также из никеля, цинка рекомендуется травить в 5-10%-ном водном растворе аммиака. Операцию травления образцов следует проводить в фарфоровой посуде в вытяжном шкафу, после чего образцы промывают водой под краном, а затем сушат, используя ацетон или спирт.

Если скорость коррозии определяют по убыли массы, то образцы после коррозионных испытаний необходимо сразу же очистить от продуктов корро-

зии и подготовить для взвешивания.

Наиболее распространенными лабораторными методами коррозионных исследований являются испытания металлов на газовую и электрохимическую коррозию.

Методы испытаний на газовую коррозию (жаростойкость)

Наиболее простой метод испытания металлов на газовую коррозию в воздушной среде состоит в помещении образцов, находящихся в открытых фарфоровых или кварцевых тиглях, на определенное время в муфельную электропечь с заданной температурой. Перед извлечением из печи тигли закрывают крышками во избежание потери части окалины.

Общая продолжительность испытаний на жаростойкость (газовую коррозию) устанавливается в зависимости от срока службы материала с периодическим отбором образцов через 5-10000 часов не менее пяти раз.

Затем по увеличению веса или убыли веса (после удаления продуктов коррозии - окалины) определяют среднюю скорость газовой коррозии за время окисления.

Кинетику газовой коррозии весьма удобно изучать на установке для непрерывного взвешивания образцов (рис. 1).

Рис. 1. Установка для непрерывного взвешивания образца без извлечения его из печи: 1 – печь; 2 – крышка печи; 3 – нить с образцом; 4 – трубка; 5 – аналитические весы; 6 – термопара; 7 - автотрансформатор

Методы испытаний металлов на электрохимическую коррозию

Общие методы испытаний. Наиболее простой и доступный метод испытаний на электрохимическую коррозию – испытание в открытом сосуде с агрессивной средой. Такое испытание позволяет определить коррозионную стойкость при полном, частичном или переменном погружении в неподвижный или перемешиваемый коррозионный раствор, через который можно пропускать воздух, кислород, азот или другой газ.

Испытания на электрохимическую коррозию при высоких температурах и давлениях проводят в специальных автоклавах.

Специальные методы испытаний. К специальным методам относятся испытания на межкристаллитную коррозию, испытания в напряженном состоянии, на коррозионную усталость, коррозионную кавитацию, электрохимические испытания для снятия поляризационных кривых различными методами (потенциостатический, потенциодинамический и др.).

Внелабораторные методы коррозионных исследований

Внелабораторные коррозионные исследования проводятся на металлических образцах в естественных эксплуатационных условиях. Целью таких исследований является определение агрессивности внешней среды и выбор методов защиты металлов в коррозионных условиях этой среды.

К внелабораторным методам коррозионных исследований относятся испытания в заводской аппаратуре, в атмосфере, в море, в грунте.

Испытания в заводской аппаратуре проводят, помещая исследуемые образцы металлов в соответствующие работающие аппараты и установки. Например, внелабораторные испытания на газовую коррозию проводят на образцах, которые помещают в промышленные нагревательные печи или аппараты, работающие в атмосфере газов при высоких температурах.

Результаты внелабораторных коррозионных испытаний в заводской аппаратуре должны сопровождаться подробной характеристикой условий работы этих аппаратов во время испытаний в них образцов.

Испытания в атмосфере состоят в длительной (от одного года до нескольких десятков лет) выдержке защищенных и незащищенных различными покрытиями образцов в естественной атмосфере воздуха. Для проведения этих испытаний имеются коррозионные станции, которые располагаются в промышленных, сельских, субтропических, полярных, приморских и других районах страны.

Полученные на коррозионных станциях результаты увязывают с климатическими характеристиками района и степенью загрязненности воздуха промышленными газами, солями морской воды и пылью.

В качестве показателей коррозии при атмосферных испытаниях используют изменение внешнего вида образцов, время до появления первого коррозионного очага, микроисследование, весовой, объемный и другие показатели коррозии.

Испытания в море проводят на судах или на морских коррозионных станциях. Выбор показателей коррозии и обработка образцов сходны с таковыми при лабораторных коррозионных испытаниях в электролитах. Результаты коррозионных испытаний должны сопровождаться характеристикой моря, условиями коррозионных испытаний в нем и метеорологическими данными для места испытания.

Испытания в грунте (песчаном, солончаковом, глинистом и др.) состоят в помещении металлических незащищенных и защищенных образцов на необходимую глубину в специальные траншеи и последующей засыпке их грунтом. Через определенное время образцы подвергают внешнему осмотру, определяют потери прочности, изменение массы, число и глубину язв и т. д.

Результаты коррозионных испытаний должны сопровождаться характеристикой грунта (структура, воздухопроницаемость, состав и концентрация присутствующих в грунте солей, степень влажности, электропроводность, рН и т. п.) и общими метеорологическими данными (температура, осадки и т. п.) за период испытания.

Эксплуатационные методы коррозионных исследований

Эксплуатационные коррозионные исследования проводятся на машинах, аппаратах и сооружениях в условиях их эксплуатации. Целью эксплуатационных исследований является обследование работавшей конструкции для определения возможности ее дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонта, а также окончательная проверка правильности выбора материала или методов защиты конструкции от коррозии.

К эксплуатационным методам коррозионных исследований относятся периодическое визуальное наблюдение и постоянное наблюдение с помощью специальных приборов. Особенно ценными для эксплуатационных испытаний являются методы, позволяющие постоянно наблюдать за коррозионным состоянием работающих конструкций.

Эксплуатационные исследования являются наиболее надежными, но число показателей коррозии, которыми можно пользоваться при их проведении, ограничено.

Поэтому коррозионные исследования обычно проводятся в такой последовательности: лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. Все они в значительной степени дополняют друг друга.

Поиск по сайту: