WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

«Е.П. Большина МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для практических занятий по дисциплине Коррозия и защита металлов от коррозии для студентов специальности: 150106 Обработка металлов давлением ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Государственный технологический университет

«Московский институт стали и сплавов»

Новотроицкий филиал

Кафедра металлургических технологий

Е.П. Большина

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для практических занятий по дисциплине «Коррозия и защита металлов от коррозии»

для студентов специальности:

150106 «Обработка металлов давлением»

Очной формы обучения Новотроицк – 2008 Большина Е.П. Методическое пособие для практических занятий по дисциплине «Коррозия и защита металлов от коррозии» для студентов специальности 150106 «Обработка металлов давлением» очной формы обучения. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2008. – 41 с.

Учебное пособие предназначено для практических занятий по дисциплине «Коррозия и защита металлов от коррозии». Пособие содержит теоретические основы и задачи по термодинамике и кинетике высокотемпературной (газовой) и электрохимической коррозии, также рассматриваются вопросы по защите металлов от коррозии в газовой и жидкой средах.

Цель пособия – научить студентов использовать теоретические положения лекционного курса для решения конкретных проблем коррозии и защиты металлов в газах при высоких температурах и жидких средах различной химической природы.

Одобрено на заседании кафедры МТ Протокол № 23 от 20.05. Содержание Введение ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1 Расчет термодинамической возможности газовой коррозии металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2 Расчет защитной атмосферы для защиты конструкционных металлов и сплавов от газовой коррозии ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3 Расчет термодинамической возможности электрохимической коррозии металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4 Расчет процесса электрохимической коррозии металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5 Расчет контролирующего фактора электрохимической коррозии металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6 Расчет защитных покрытий металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №7 Расчет анодного оксидирования металлов ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8 Расчет электрохимической защиты металлов и сплавов Библиографический список Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5 Приложение 6 Приложение 7 Введение Металлы и их сплавы являются наиболее важными современными конструкционными материалами. В то же время, всюду, где они эксплуатируются, происходит постепенное разрушение металлических конструкций. Коррозия металлов наносит большой ущерб экономике государств. Поэтому столь большое значение придается изучению коррозионных процессов, причин их возникновения и защите металлоконструкций от коррозии.

Общие положения теории коррозии и защиты металлов в большинстве не могут дать количественных ответов на многие вопросы. Они требуют более углубленного изучения, прежде всего в направлении количественных решений поставленных задач.

Цель пособия – научить студентов применять теоретические знания о коррозии и защите металлов от коррозии для решения конкретных вопросов, развить навыки расчета коррозионных процессов и умение пользоваться справочной литературой.

Предлагаемое пособие включает вопросы коррозии и защиты металлов в газовых и жидких средах.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №

Расчет термодинамической возможности газовой коррозии металлов Химическая (газовая) коррозия металлов – самопроизвольное взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходит в одном акте. Этот тип коррозии наблюдается при действии на металлы сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива и др.) и жидких неэлектролитов (нефти, бензина и др.) и является негетерогенной химической реакцией жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом.

Первопричиной химической коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в различных средах при данных внешних условиях, т.е. возможность самопроизвольного перехода металлов в более устойчивое ионное состояние в результате процесса:

с соответствующим уменьшением термодинамического потенциала этой системы.

Принципиальная возможность или невозможность самопроизвольного протекания химического процесса определяется знаком изменения термодинамического потенциала. В качестве критерия равновесия и самопроизвольности процессов коррозии металлов наиболее удобно пользоваться изобарно-изотермическим потенциалом G (изобарно-изотермическим потенциалом называется характеристическая функция состояния системы, убыль которой в обратимом процессе при постоянных давлении Р и температуре Т равна максимальной полезной работе). Любой самопроизвольный изобарно-изотермический процесс сопровождается убылью изобарно-изотермического потенциала.

Таким образом, при данных условиях:

-процесс химической коррозии возможен, если Gт 0;

-коррозионный процесс - невозможен, если Gт 0;

-система находится в равновесии, если Gт = 0.

Для решения вопроса о возможности или невозможности протекания какого-либо коррозионного процесса следует воспользоваться справочными данными или произвести соответствующий расчет.

Оценить возможность протекания процесса окисления позволяет уравнение (2):

где R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура, К; рО2 – парциальное давление кислорода, атм; р'О2 - парциальное давление кислорода в равновесном состоянии, атм.





Если рО2 р'О2, то процесс окисления возможен, т.к. в этих условиях G 0. Если рО р'О2, то окисление невозможно, т.к. при этом G 0.

Упругость диссоциации оксида (или равновесное давление кислорода) растет с повышением температуры. Поэтому, несмотря на то, что повышение температуры ускоряет химическую реакцию окисления, термодинамическая вероятность этого процесса снижается.

В связи с этим в обычной атмосфере, когда парциальное давление кислорода составляет величину, равную примерно 20 кПа, при температуре более 400 К серебро становится неокисляемым металлом. То же самое происходит с медью при температуре выше 2000 К.

Если же снизить парциальное давление кислорода или применить обескислороженную атмосферу, то не будут окисляться и такие металлы, как железо, никель, цинк.

Упругость диссоциации оксида можно рассчитать по формуле:

где Gт0 – стандартное изменение энергии Гиббса (при РО2 = 1 атм = 1,013 · 105 Па).

Стандартное изменение энергии Гиббса, отвечающее заданной температуре Т, можно вычислить с помощью уравнения Гиббса-Гельмгольца:

где Нт0 и Sт0 – стандартное изменение энтальпии (тепловой эффект) и энтропии в результате протекания реакции при заданной температуре.

Расчет Gт0 по уравнению (4) не требует знания константы равновесия соответствующей реакции и может быть проведен с помощью таблиц термодинамических величин (Приложение 1) для простых веществ и их соединений в стандартном состоянии (Р = 1,013 · 105 Па; Т = 293 К). Однако, при этом необходимо учитывать температурную зависимость Н0 и S0, что делает расчеты трудоемкими.

Для приближенных расчетов может быть использован метод М.Х.Карапетьянца с помощью которого установлено существование параллелизма между теплотами Нт0 и энергией Гиббса Gт0 образования различных веществ. При этом параллелизм находит свое выражение в приближенном соотношении:

где А и В – постоянные для данной группы соединений при условии, что Нт0 и Gт сопоставляются в однотипных реакциях (например, в реакции образования сульфидов, оксидов или хлоридов и т.п.)и отнесены к одному и тому же количеству простого вещества, общего для всех соединений.

В тех случаях, когда при коррозионной реакции изменение теплоемкости Ср 0, расчет Gт0 можно проводить с помощью приближенного уравнения Карапетьянца:

Определить влияние температуры на возможность самопроизвольного окисления железа на воздухе по реакции 3Fe() + 2O2 = Fe3O4, для чего найти стандартные изменения энергии Гиббса при температурах 700 и 800 К.

Температурные зависимости мольной теплоемкости для веществ, участвующих в реакции описываются уравнениями:

Ср (Fe3O4) = 167,03 + 78,91· 10-3 Т – 41,82 · Т-2, Ср (Fe()) = 19,25 + 21,0 · 10-3 Т, Ср (О2) = 31,46 + 3,39 · 10-3Т – 3,37 · 105 Т-2, Дж/(моль·К).

Стандартные значения энтропии (S2980) составляют 151,46 Дж/(моль·К) - Fe3O4; 27, Дж/(моль·К) - Fe(); 205,03 Дж/(моль·К) – (О2); а Н2980 (Fe3O4) = -1117,71 кДж/моль.

Найдем стандартное значение изобарного потенциала при заданных температурах.

Расчет произведем по уравнению (5), для этого необходимо предварительно найти значения S2980 и Ср.

Стандартное изменение энтропии реакции при 298К составляет:

S2980 = S2980(Fe3O4) – 3 S2980(Fe) – 2 S2980(О2) = 151,46 – 3 · 27,15 – 2 · 205,03 = -340, Дж/моль·К.

Разность сумм мольных теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ равна:

31,46) + (78,91 – 3 · 21,0 – 2 · 3,39) · 10-3 Т + (-41,82 – 3 · 0 + 2 · 3,37) · 105 Т-2 = 46,36 + 9,13 · 10-3 Т – 35,08 · 105 Т-2.

Далее по уравнению (5) рассчитываем стандартное изменение энергии Гиббса при заданных температурах:

Для чего используем значения постоянных уравнения М0, М1, М2 при 700 и 800К, приведенных в Приложении 2.

G0700 = - 1117710 + 700 · 340,05 – (0,2794 · 46,36 + 0,1153 · 103 · 9,13 · 10-3 – 0,1853 · 10-5 · 35,08 · 105) · 700 = -884929;

G0800 = -1117710 + 800 · 340,05 – (0,3597 · 46,36 + 0,1574 · 103 · 9,13 · 10-3 – 0,2213 · Таким образом, чем выше температура, тем меньше сродство железа к кислороду.

Следовательно, термодинамическая возможность самопроизвольного окисления железа в воздухе уменьшается с повышением температуры среды.

Повышение температуры влияет не только на термодинамическую возможность самопроизвольного протекания процесса, но и на его скорость. В связи с этим окисление железа воздухе при 800К, несмотря на некоторое уменьшение термодинамической возможности этого процесса, протекает быстрее, чем при 700К.

Поясните, почему в металлургии алюминий, кремний и титан применяются в качестве раскислителей. Ответ подтвердите расчетами упругости диссоциации соответствующих оксидов и сопоставлением с упругостью диссоциации оксида FeO при температуре 1800К.

Стандартные изменения энергии Гиббса реакций окисления при заданной температуре принять равными:

-1030 кДж/моль (Al2O3), -518,3 кДж/моль (SiO2), -592, кДж/моль (TiO2), -145,5 кДж/моль (FeO).

При нагреве железа, чугуна и легированных сталей на воздухе до температур выше 848К образуется окалина, покрывающая всю поверхность металла, и состоящая из слоев окислов FeO, Fe3O4 и Fe2O3. Какой из перечисленных оксидов обладает наибольшей термодинамической устойчивостью при 1800К, если температурные зависимости упругости их диссоциации описываются уравнениями:

Lg PO2 = (19,71 – 26090 / Т) Па (Fe2O3).

Никель, марганец и хром применяются в качестве легирующих элементов при получении жаростойких и жаропрочных сплавов. Определить, какой из перечисленных металлов обладает наибольшей термодинамической устойчивостью к окислению на воздухе при 1000К, если упругости диссоциации соответствующих окислов (NiO, Cr2O3, MnO) при этой температуре соответственно равны: 5,07 · 10-11; 8,0 · 10-26; 6,38 · 10-23 Па.

При эксплуатации сталей в атмосфере сероводорода образуется химическое соединение – сульфид железа (FeS), который может присутствовать в стали также в виде включений, влияющих на свойства стали. Выяснить возможность предотвращения образования FeS с помощью водорода при 900К. Изменением теплоемкости при протекании реакции пренебречь. Для расчетов использовать приближенное уравнение Карапетьянца.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |


Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОТРОИЦКИЙ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ “ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ” Кафедра оборудования металлургических предприятий Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры В.Д. ЗАДОРОЖНЫЙ ГИДРАВЛИКА Методические рекомендации для выполнения контрольных работ для студентов специальности 150404 – Металлургические машины и...»

«Министерство образования и науки Республики Казахстан ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д. СЕРИКБАЕВА Н.А.Куленова, В. С. Жаглов ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Методические указания к дипломному проектированию для студентов специальностей: 050709 Металлургия (направление деятельности Металлургия цветных металлов Усть-Каменогорск 2008 2 УДК 622-07 (075.8) Куленова Н.А. Дипломное проектирование. Методические указания к дипломному проектированию для студентов...»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека Автоматизированная система книгообеспеченности учебного процесса Рекомендуемая литература по учебной дисциплине Литейное производство цветных металлов № п/п Краткое библиографическое описание Электронный Гриф Полочный Кол-во экз. индекс 1) Воскобойников Виктор Григорьевич 669 126 экз. Общая металлургия : учеб. для вузов по направлению Металлургия / В. В76 Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев. - Изд. 6-е,...»

«Министерство образования и науки Украины Донбасский горно-металлургический институт Кафедра “Строительство шахт и подземных сооружений” Методические указания к выполнению курсового проекта “Тампонаж обводненных горных пород” для студентов специальности 7.090304 Утверждено на заседании Методического Совета ДГМИ Протокол №от 2000г. Алчевск 2000 УДК 622.257 Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Строительство подземных сооружений в сложных горногеологических условиях”...»

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ И КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ к разделу Технология сварочных работ дисциплины Технология конструкционных материалов Методические указания для студентов специальности 270102 Промышленное и гражданское строительство Москва 2008 Методические указания предназначены для студентов строительных Вузов и факультетов, обучающихся по специальности 290300...»

«Федеральное агентство по образованию Российской Федерации ГОУ ВПО УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ–УПИ М.А. Спиридонов Темы заданий по курсовой работе (проекту) по курсу Физикохимия жидких металлов и сплавов Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой Теория металлургических процессов Екатеринбург 2007 Спиридонов М.А. Темы заданий по курсовой работе (проекту) Спиридонов, М.А. Темы заданий по курсовой работе (проекту) по курсу Физикохимия жидких металлов и...»

«Список методических пособий НИТУ МИСиС, имеющихся в библиотеке НФ НИТУ МИСиС № № МИСиС Автор, название Место хранения Шуменко В.Н. Методы планирования экспериментов. Раздел: Планы ч/з 1. 7 второго порядка и исследование области экстремума.- М.: МИСиС, 1979.с. Организация эксперимента: учебное пособие для практических занятий.- Аб., ч/з 2. 16 М.: МИСиС, 1987.-124с. Физика. Раздел: Электромагнетизм: лабораторный практикум.- М.: Аб., ч/з 3. 19 МИСиС, 1987.-183с. Юсфин Ю.С. и др. Внедоменное...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе профессор В.Л. ТРУШКО ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЁРНЫХ ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ, соответствующей направленности (профилю) направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре НАПРАВЛЕНИЕ...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ Институт по проектированию горнорудных предприятий ГИПРОРУДА Акционерное общество МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ МЕТАЛЛУРГИИ С ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ РАЗРАБОТКИ (Приложение к ВНТП 13-2-93) Утверждены Комитетом Российской Федерации по металлургии (протокол от 27.01.93 № 1) по согласованию с Госгортехнадзором РФ (протокол от 13.12.92 №4) Санкт-Петербург...»

«ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ Согласовано Утверждаю Руководитель ООП по Зав. кафедрой направлению 220700 автоматизации доцент Кульчицкий А.А. технологических процессов и производств доцент Кульчицкий А.А. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ВЫПУСКОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.