Хром и его физико-химические свойства

Наиболее стабильной из трех возможных модификаций хрома (ɑ; β и γ) является ɑ-модификация. Основные физические и механические свойства хрома приведены в табл. 1.

Хром характеризуется высокой температурой плавления, высокой способностью к пассивации и высоким сопротивлением окислению. Сталям и сплавам, в состав которых входит хром, также передаются эти свойства. Поэтому хром является основным легирующим элементом коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сплавов.

Хром имеет большое сродство к кислороду, азоту и углероду. Растворимость в нем азота при 1200°С составляет 8,71•10^-2%, при 649°С она становится < 10^-4; растворимость кислорода при 1200 и 928°С составляет всего 1,6•10^-4 и 10^-4 % соответственно. Нормальный равновесный потенциал образования трехвалентных ионов хрома для процесса Cr↔Сr³⁺+Зе равен -0,74 В.

В 3%-ном растворе NaСl в результате пассивации потенциал сдвигается в положительную область до значения +0,23 В. В активном состоянии хром переходит в раствор в виде двухвалентных ионов. Пассивность хрома объясняется присутствием на его поверхности оксидной пленки Сr₂O₃. Восстановление данного оксида до двухвалентного приводит к катодной активации хрома, а окисление до шестивалентного - к анодной активации (см. рис. 1).

Хром устойчив в окислительных средах благодаря явлению пассивации. Например, концентрированные азотная, фосфорная, хлорноватая, хлорная кислоты образуют на хроме оксидную пленку, приводя к его пассивности. При 20°С на хром не действуют дымящая азотная кислота и царская водка.

Хром не устойчив в восстановительных средах, содержащих хлор-ионы. С безводными галогенами, хлористым и фтористым водородом хром реагирует. Водные растворы плавиковой и соляной кислоты, бромистого и йодистого водорода растворяют хром так же, как и разбавленная серная кислота. При растворении хрома в разбавленной серной кислоте выделяется водород, а при растворении в кипящей концентрированной серной кислоте - диоксид серы SO₂. На воздухе хром устойчив даже в присутствии примесей H₂S, 0₂ и С0₂.

При повышенных температурах на хром действуют едкие щелочи, но на него не влияют расплавленные карбонаты щелочных металлов. Для хрома, как и для всех металлов с о.ц.к. решеткой, характерны возрастание прочности с понижением температуры ниже комнатной, а также переход при определенной температуре от хрупкого разрушения к вязкому.

Механические свойства нелегированного хрома при 20°С составляют δ_в=82,5 МПа, δ=0% после обработки давлением и рекристаллизации и δ_в=280 МПа и δ=14% после обработки давлением при 1595°С. Температура хрупко-вязкого перехода является главным показателем пластичности материала. Сильное влияние на эту температуру оказывают такие факторы, как чистота хрома, состояние его поверхности, режимы термомеханической обработки и т. д.

Температура перехода возрастает с увеличением содержания азота в растворе. Так, для хрома, прокатанного при 700°С и содержащего 0,002; 0,0026 и 0,1% N₂, температура хрупко-вязкого перехода составляет -60, -137 и -260°С соответственно. Углерод и сера охрупчивают хром в результате образования хрупких слоев по границам зерен. Водород и кислород оказывают не столь существенное влияние на температуру перехода.