CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM III.1 CHẾ TẠO VẬT LIỆU THỬ NGHIỆM
3.2 THỬ NGHIỆM TỔN HAO TRỌNG LƢỢNG 1 Thử nghiệm
3.2.1 Thử nghiệm
Mẫu thép 205 đƣợc mài đi lớp bề mặt để loại bỏ các ảnh hƣởng đến điều kiện ban đầu của mẫu. Mẫu thép đƣợc mài đến giấy ráp số 120, đƣợc tẩy dầu mỡ, rửa sạch bằng nƣớc, sau đó bằng cồn và sấy khô. Sau khi đã qua sấy khô, mẫu thép đƣợc cân bằng bằng cân phân tích Shimadzu Libror AEG 220G với sai số là ±0,5 mg (hình 3.3). Kích thƣớc mẫu thép đƣợc xác định bằng thƣớc cặp với sai số là ±0,02 mm. Sau khi chuẩn bị xong, mẫu thép đƣợc chứa trong bình hút ẩm cho đến khi đƣợc thử nghiệm.
Hình 3.3 Cân phân tích Shimadzu Libror AEG 220G.
Dung dịch thử nghiệm có thành phần là axit H2SO4 với 8 nồng độ khác nhau là 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 và 40% (trọng lƣợng), đƣợc pha từ hóa chất tinh khiết và
40
nƣớc cất. Thể tích dung dịch tối thiểu đƣợc tính theo tỷ lệ dung dịch trên diện tích mẫu là 0,20 ml/mm2 bề mặt mẫu để tránh thay đổi đáng kể độ ăn mòn của dung dịch trong quá trình thử nghiệm do cạn kiệt cấu tử ăn mòn và tích tụ sản phẩm ăn mòn.
Các mẫu thép 205 đƣợc đựng trong các túi lƣới và đƣợc treo ngập hoàn toàn trong dung dịch để tránh tiếp xúc với nhau và tránh tiếp xúc với thành hoặc đáy bình chứa. Ba mẫu của cùng một loại thép đƣợc thử nghiệm trong mỗi dung dịch.
Thử nghiệm đƣợc tiến hành ở nhiệt độ phòng (~30°C). Các dung dịch thử nghiệm đƣợc để thoáng khí tự nhiên và đƣợc bổ sung, duy trì lƣợng thể tích ban đầu (±1%) để bù đắp lƣợng bay hơi trong quá trình thử nghiệm. Thời gian thử nghiệm mẫu thép 205 kéo dài trong 24 giờ.
Sau khi thử nghiệm mẫu thép 205 đƣợc tẩy sạch sản phẩm ăn mòn bằng phƣơng pháp hóa học. Sau đó mẫu thép đƣợc rửa sạch, sấy khô và cân lại.
3.2.2 Kết quả
Tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 đƣợc tính toán theo công thức (2.1). Kết quả tính toán đƣợc trình bày trong bảng 3.4 và các hình 3.4 đến 3.6.
Bảng 3.4 Tốc độ ăn mòn các mẫu thép trong dung dịch H2SO4 (đơn vị: g/cm2.h)
Ký hiệu mẫu Nồng độ dung dịch H2SO4 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% m10 0,0032 0,0097 0,0187 0,0293 0,0378 0,0478 0,0529 0,0568 m11 0,0042 0,0116 0,0170 0,0312 0,0407 0,0475 0,0536 0,0551 m11r 0,0306 0,0316 0,0350 0,0389 0,0431 0,0472 0,0540 0,0580 m13r 0,0299 0,0410 0,0521 0,0571 0,0573 0,0573 0,0573 0,0572 m20 0,0071 0,0176 0,0279 0,0342 0,0433 0,0497 0,0557 0,0562 m21 0,0046 0,0131 0,0193 0,0297 0,0377 0,0430 0,0512 0,0517 m23 0,0051 0,0155 0,0209 0,0342 0,0419 0,0465 0,0517 0,0540
Hình 3.4 trình bày sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc trong các dung dịch H2SO4 từ 5 đến 40%. Nhìn chung, khi tăng nồng
41
độ dung dịch, tốc độ ăn mòn của các mẫu thép đều tăng lên. Ở các dung dịch có nồng độ cao, tốc độ ăn mòn có xu hƣớng tăng chậm dần. So sánh hai mẫu thép không có NTĐH (m10) và có NTĐH (m11) thấy rằng tốc độ ăn mòn là khá xấp xỉ nhau, cũng có thể lƣợng NTĐH có trong thép còn quá nhỏ (~0,1%) nên không thể hiện đƣợc vai trò của NTĐH.
Hình 3.4 Tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc trong các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.
Khi so sánh các mẫu thép đúc và mẫu thép rèn cùng có NTĐH sẽ thấy rằng tại nồng độ dung dịch H2SO4 thấp tốc độ ăn mòn của các mẫu thép rèn lớn hơn hẳn tốc độ ăn mòn của các mẫu thép đúc (hình 3.5). Do quá trình rèn đã tạo ra rất nhiều lệch trong mẫu thép. Với mật độ lệch nhiều, các hạt tinh thể bị chia cắt ra thành các hạt nhỏ hơn và diện tích biên hạt tăng lên nhanh chóng. Tại biên hạt có mức năng lƣợng cao, tập trung nhiều tạp chất nên rất thuận lợi cho quá trình ăn mòn xảy ra. Vì vậy các mẫu thép rèn bị giảm độ bền ăn mòn do có nhiều hạt kích thƣớc nhỏ và diện tích biên hạt lớn hơn các mẫu thép đúc.
Khi nồng độ dung dịch thử nghiệm H2SO4 lớn, tốc độ ăn mòn của các mẫu thép ở trạng thái đúc cũng nhƣ ở trạng thái rèn đều xấp xỉ nhau. Trong điều kiện đó do mức độ xâm thực của dung dịch thử nghiệm quá lớn, phản ứng ăn mòn nằm trong miền hoạt hóa còn bị khống chế bởi quá trình động học khuếch tán.
42
Hình 3.5 Tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 mẻ 1 ở trạng thái đúc và trạng thái rèn trong các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.
Vai trò của NTĐH ảnh hƣởng đến chất lƣợng thép không gỉ 205 thể hiện rõ hơn khi thử nghiệm các mẫu thép ở trạng thái đúc. Trên hình 3.6 mô tả sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 (mẻ 2) ở trạng thái đúc trong các dung dịch H2SO4 từ 5 đến 40%. Khi tăng nồng độ dung dịch thử nghiệm, tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 đều tăng dần và cũng có xu hƣớng tăng chậm dần ở các dung dịch có nồng độ cao.
So sánh mẫu thép không có NTĐH (m20) với các mẫu thép có NTĐH (m21 và m23) thấy rằng có khác biệt rõ rệt về tốc độ ăn mòn, thép có NTĐH có tốc độ ăn mòn nhỏ hơn thép không có NTĐH. Do sự chênh lệch hàm lƣợng NTĐH trong thép không nhiều (từ 0,1% đến 0,3% theo tính toán) nên khi thay đổi hàm lƣợng NTĐH không thể hiện rõ rệt chênh lệch về tốc độ ăn mòn giữa các mẫu thép có NTĐH (m21 và m23).
Theo kết quả phân tích thành phần hóa học của các mẫu thép này đã chứng minh rằng khi có NTĐH trong thép thì tổng hàm lƣợng các nguyên tố hợp kim (Si, Mn, Ti, Ni, Cr, Mo, Al, V, Mg) và NTĐH (Ce, La) luôn luôn lớn hơn so với thép không có NTĐH, đồng thời lƣợng tạp chất lại ít thay đổi. Vì thế trong trạng thái đúc thép 205 có NTĐH bền ăn mòn hơn so với thép không có NTĐH.
43
Hình 3.6 Tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 205 mẻ 2 ở trạng thái đúc trong các dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau.