ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сплавы системы никель - хром - кремний из "Сплавы для нагревателей " Исследс вания окалины методом высокотемпературной рентгенографии в интервале 20 - 1200°С показали, что двуокись кремния во всем интервале температур существует в виде а-модификации. [c.53] В светлом поле зрения внутренняя часть окапины, представляющая смесь окиси хрома и двуокиси кремния, выглядит как однородная масса темного цвета. В поляризованном свете фазы различг ются. Окись хрома имеет зеленоватую окраску и анизотропна, а двуокись кремния - серого цвета, в отдельных местах с золотистым отблеском. Основная ее масса просматривается в виде витиеватой каймы по границе с металлом, образующей неровные очертания внутреннего фронта окалины. В темном поле зрения прослойку из двуокиси кремния удается видеть благодаря Яркой окантовке с обеих сторон. [c.53] Данные электронографического анализа подтверждают, что закономерность изменения фазового состава по толщине окалины при циклическом окислении такая же, как и при непрерывном (табл. 16). Необходимо отметить, что при каждом охлаждении плоских образцов отслаивание охватывает не всю поверхность, а только часть ее. При этом-микродобавки заметно снижают интенсивность отслаивания, что согласуется с результатами многих исследований [ 36 - 38]. [c.55] Результаты изучения кинетики окисления сплавов никель-хром-крем-ний показывают, что легирование двойного сплава кремнием уменьшает скорость окисления нихрома, однако его влияние слабее, чем влияние микродобавок кальция, циркония и лантана (табл. 17). [c.55] В среднем также слабее, чем влияние одних добавок. Таким образом, данные по скорости изотермического окисления не дают возможности правильно оценить влияние кремния на эксплуатационную стойкость нагревателей. Рассмотрим теперь результаты изучения процесса окисления спиральных нагревателей из проволоки диаметром 3 мм при 1200°С с длительностью циклов 120 ч (отключение стенда раз в неделю). [c.56] В слое подокалины в этот период времени имеется зона внутреннего окисления, которая длительное время мало меняется по глубине и количеству включений. Изучение окисляемости показало, что образование наружной части окалины происходит за счет диффузии металлических ионов практически с постоянной скоростью (рис. 17). Внутренняя часть окалины, по данным микроанализа, в течение длительного времени (более 50 % от срока службы нагревателей) изменяется мало (фронт окисления медленно продвигается в глубь металла) и выполняет роль диффузионного барьера в начале каждого нового цикла нагрева. Тем не менее структура внутренней части окалины претерпевает изменения. Кремний постепенно расходуется за счет частичного осыпания с наружной частью оКалины. Об этом можно судить по обеднению крем-нйем границы металла с окалиной (рис. 29). Прослойка из двуокиси кремния лишь до какого-то времени (50 - 60 % от срока службы нагревателей) надежно предотвращает проникновение кислорода в металл, а затем состав внутренней части окалины начинает заметно меняться, вследствие истощения матрицы кремнием наступает момент, когда во внутренней части окалины появляется закись никеля. [c.57] Представляется целесообразным рассмотреть данные по окисляемости образцов из проволоки диаметром 0,8 мм, поскольку они отличаются от рассмотренных выше данных для проволоки диаметром 3,0 мм, хотя испытания проводились при одинаковой температуре 1200°С путем нагрева образцов пропусканием тока. Образцы испытывали на стандартной установке для определения живучести (см. гл. 3). Испытания проводили с частыми циклами (2 мин) и редкими (120 ч). Начнем рассмотрение со второго варианта окисления, которое условно можно назвать непрерывным. [c.59] Визуальная картина в первой половине испытания приблизительно такая же, как в случае проволоки диаметром 3 мм. Отслаивание окалины происходит только при охлаждении образцов. Однако состав окалины заметно отличается. Цдя окалины характерно высокое содержание шпи-ноли (40 - 50 %) и значительное количество ( 30 %) закиси никеля (рис. 32). Специальные опыты показали, что закись никеля присутствует в окалине в таких количествах, начиная с первых суток окисления. [c.59] И из смеси окиси хрома и двуокиси кремния у тройных сплавов. Во второй половине испытания во внутренней части окалины появляется закись никеля, количество которой нарастает по мере приближения момента перегорания. Однако сплошная корка образоваться не успевает. Появление первых корочек приводит к быстрому локальному утонению проволоки, образованию горячих пятен и перегоранию образцов. [c.60] Особенность окалинообразования тонкой проволоки из сплавов, легированных микродобавками, состоит, кроме того, в появлении после 2-3 суток на поверхности окалины блестящих кристалликов из окиси хрома, которые имеют форму тонких пластинок и выступают в виде столбиков перпендикулярно поверхности образца. Они слабо сцеплены с окалиной и при охлаждении большая их часть осыпается с нагревателей. [c.60] Незадолго до перегорания в составе окалины происходят значительные изменения. Металлические частицы исчезают и появляется закись никеля, количество которой резко возрастает. К моменту перегорания отслаивающаяся окалина состоит в основном из закиси никеля. [c.61] Внутренняя часть окалины состоит на протяжении почти всего испытания из окиси хрома и небольшого количества шпинели (двойные сплавы) или из смеси окиси хрома и двуокиси кремния (тройные сплавы). Закись никеля появляется в небольшом количестве незадолго до перегорания. Исключение составляет сплав без микродобавок с повышенным содержанием кремния. [c.61] Таким образом, срок службы нагревателей предопределяется свойствами внутреннего слоя окалины, формирование которого зависит от химического состава сплава и режима начального окисления. Поэтому при разработке сплава одна из главных задач состоит в том, чтобы состав в большей степени обусловливал свойства внутреннего слоя окалины, чем режим начального окисления. Если же режим начального окисления существенно влияет на стойкость, то целесообразно проводить оксидирование продукции в исходном состоянии. [c.62] Поскольку внутренний слой окалины образуется за счет диффузии кислорода в металле, то специальные микродобавки играют важную роль в его формировании. Обладая более высоким сродством к кислороду, чем основные компоненты сплава, они повыщают термодинамическую стабильность окисной фазы и увеличивают ее толш 1ну. Это в равной степени относится и к двойным сплавам никель-хром. Пример неблагоприятного механизма окисления показывает, что нельзя допускать образования собственных окислов микродобавок, которые отличаются высокой стабильностью, но обладают низкими защитными свойствами даже при комнатной температуре. Определение оптимального количества микродобавок не поддается расчету, поэтому этот вопрос пока решается всеми фирмами эмпирически путем трудоемких экспериментов. Следует отметить, что данные по кинетике окисления не коррелируют с долговечностью нагревателей. Не наблюдается также удовлетворительного соответствия между данными по долговечности проволоки диаметром 3,0 и 0,8 мм. [c.62] Вернуться к основной статье