Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Нв основании расчета леваем следующие выводы. !) для полавченяя реакции окисления углерода е сварочной ванне при сварке е среде углекислого газа необходимо иметь в присадачной проволоке не менее 0,57 % Я (чтобы в шве было 0,283 % Я) при равных долях участия в шве основного металла и электродной проволоки; 2) при сварке в углекислом газе иизкоуглеродисгой стали применяют дроволоки Св-ОВГ2С (0,7...0,9 % Я) и Св-ОВГС (0,6...0,85 % Я) с увеличенным содержанием кремния для зашиты углерода от окисления и лял компенсации его потери при прохождении металла через дугу в сталин капли.

где роз и ро, — парциальное давление кислорола в оксидах, находящихся соответственно в расплава и свободном виде. Преобразуя формулы (с) и (В) и подставляя числовые значения, получасы: для СО )ВРоз =!КРо, -2!В[С) =-16 О!84-2180 00647 =-! ! 64. ~го) Нсо! ляя В!02 !Вро = !ВРоз 18[8!]= — 13 89!4"-!80 00158 = ! !09. Так как для 5!О. значение 18 Ро, больше, чем для СО, то (с учетом концентраций Я и С) выгорает (окисляется) углерод, но это недопустимо по условию задачи. Значит, необходимо увеличить концентрацию Вь что уменьшит упругость диссоцвации его оксила до условия; ЮЮзз ! ЯГО! Вро, = Вро, .

Рассчитаем коицситРацию кРемниЯ на основании этого равенства (их раеиовероятиого окисления). Приравняв выражения исо! (с) и (4), получаем: — †' , откуда[Я] = [С) †' „, . Подстав[Вй е!ьо,! ' О2 ляя числовые значения, находим: !8[Я) =2!80,0065 — !3,891416,018 = — 2,25!. Для сравнения полученных результатов с исходными данными расчета проведем пересчет мольиых долей е массовые при условии, что сумма мольных долей компонентов равна единице, а доля [С) = 0,006, т. е.

ие 8.) 2. Фпзпко-хпмпческпе процессы па межфазцой поаерхностп В гетерогенной системе (газ — метаы, жидкость — металл, зерна поликрисщллического тела) две контактирующие фазы разделлютсл межфазным нли капиллярным слоем с особыми свойствами, толщина которого равна нескольким диаметрам атомов. Межфазный слой отличается от контактирующих фаз матрицы атомным строением, составом, химическими свойствами. Он обладает внутренней энергией, изменение которой может быть оценено по законам термодинамики.

Это позволяет прогнозировать явления, развивающиеся в межфазных слоях гетерогенной системы. Наличие межфазного слоя с особыми свойствами присуще не только гетерогенным системам, но и системам, которые обычно относят к гомогенным, например чистым металлам и твердым металлическим растворам. В металлах свойствами межфазного слоя обладают границы межлу криставлитамн, насыщенные вакансиями и дислокациями. Образование равновесных межфазных слоев в гетерогенной системе требует затраты энергии, при этом энтропия в зависимости от толщины слоя увеличивается, а энергия Гиббса падает.

Основы термодинамики гетерогенных систем с учетом свойств межфазных слоев были разработаны Гиббсом (1875). В теории Гиббса межфазный слой рассматривается как особая фаза. Поскольку толщина слоя не поддается точному определению и весь. ма незначительна, изменение различных физических свойств веществ контактирующих фю принято считать не плавным, а скачкообразным (рис. 825), а слой заменять пограничной по- 8,12.1.

Ацсорбция Рис. 8.15. Схема строеиия межфазиого слоя томлииой 6 ва границе между тверлмм кристаллическим телом и газом н изменение межфазнога натяжения: действительное (1) и условное (2) верхностью, которая называется мсжфазиой иокерхиосюью или поверхностью натяжения. Ее накепают всеми свойствами межфазиого слоя, но ее физические величины относят не к единице объема вещества, а к единице поверхности (вещество «ак бы находится в двумерном простраястве). Внутренняя энергия, затрачиваемая на образование единицы площади межфазной поверхности, называется межфазной энергией о; в СИ она выражается в джоулях на квадратный метр 2 (Дж, м ).

Межфазную поверхность рассматривают также как упругую пленку; тогда величина о льгот)пает в роли силы и называется мелсфазиым, или поверхностным натяжением; в СИ оно выражается в ньютонах на метр (Нгм). Непосредственно в опыте измеряют только поверхностное натяжение жидкостей,Межфазную энергию определяют косвенным способом. Стремление системы с развитой поверхностью межфазного слоя к минимуму свободной энергии инициирует в системе следующие межфазные явления и свойства: — адсорбцию, т.

е. заполнение межфазного слоя веществом; — межфазное натяжение; — смачиваемость жидкостью конденсированных фаз; — растекаемость жидкости по поверхности фазы; — растворение металлов в электролитах; — зарождение новых фаз в межфазном слое. Под адсорбцией понимают накопление вещества на поверхности конденсированной фазы, называемой адсорбентом. Адсорбируемое вещество называют адсорбатом. Он может поступать из объема обеих контактирующих фаз. Также возможен противополо~кный процесс, в результате которого вещество из межфазного слоя переходит в объем конденсированной фазы, т.е.

возникает отрицательная адсорбция, называемая также абсорбцией (аналог растворения). Поглощение вещества данным адсорбеитом, независимо от того, накапливается ли оио на поверхности адсорбента или абсорбируется, объединяется в одном понятии — сорбция (от латинского аогЬеге — втягивание). Процесс выделения вещества из фазы называется десорбцией. Положительно адсорбирующееся вещество называется поверхностно-активным (по П.А. Ребиндеру), Поверхностная активность веществ определяется (по В.К.

Семенченко) разностью обобщен- НЫХ МОМЕНТОВ ИОНОВ Мстаппа-РаетВО- о ~ ~мз рителя и легирующего (примесного) металла. Обобщенный момент иона — это отношение заряда иона к его радиусу. Если обобщенный момент у иона леги- 1,4 рующего элемента меньше, чем у иона мещлла-растворителя, то присуютвие 1,0 этого легируюшего элемента в растворе 0 0 08 0,16 ослабляет связи между частипами метал- О, % (мас.) ла-растворителя, в том числе поверхност- Рис. 8.16.

Зависимость нос натяжение (рис. 8.16), но повышает поверхностного натяжевнутреннюю и своболиую энергию рас- ния железа от солержатвора. В этом случае ионы легирующего иия кислорода при темзлемента выталкиваются на поверхность — ператУРе 82з" гклз легируюший элемент поверхностно-активный.

Если соотношение обобщенных моментов ионов легирующего элемента и металла-растворителя обратное — легирующий элемент инактивый. В сплавах на железной основе поверхностно-активными являются кислород, сера, фосфор, бор, Кислород также является поверхностно-активным и во многих других металлах (Си, Н(). Переход поверхностно-активных элементов из твердого раствора на межфазные границы является самопроизвольным процес- 367 алдк К= —, и ' а))л (8.7 1) 8.12.2. Межфазное натяжение алдк =био ВА )оКВл (8.72) Г,, =Као ))л 1е К(1„ (8.73) зз — ызи сом, снижающим свободную и внутреннюю энергии гетерогенной системы, Различают физическую алсорбцию, когда межлу частицами действуют силы Ван-дер-Ваальса, н химическую алсорбцию, или хемосорбцию, котла между частицами воэникшот химические связи.

С увеличением температуры физическая адсорбция всегда ос. лабевает. Хсмосорбция может возрастать, например сорбцкя, т,е, погяощениегазовметаллами. Концентрация вещества, выраженная числом адсорбированных частиц или кх массой, приходящейся на единицу поверхности алсорбента, обозначается символом «Г» и называется алсорбцией (термин Гиббса). Процесс адсорбции вещества А на поверхности фазы можно выразить такой реакцией: рл ь свободное место = алсорбциоииый комплекс, где Ул - число частиц вещества А, входящих в один адсорбционный комплекс (АДК). Запишем константу равновесия этой реакции: гле плдк — число адсорбционных комплексов на единице поверхности, т.

е. концентрация адсорбционных комплексов; ц — концентрация свободных мест; ВА --. концентрация частиц вещества А в р объеме коыплекса К Если полное число мест на единице поверхности равно оа, то а = ио — алдк, поэтому можно записать: При физической адсорбции в адсорбционный комплекс входит цечиком молекула или атом вещества, т. е, РА = 1. Концентрация адсорбционных комплексов равна адсорбции ГА, т. е, Если бл мало, то 1+Кбл и1, а ГА =Кпо))л =К()л т е лл сорбция пропорциональна концентрации частиц вещества в объеме вдсорбционного комплекса и площади поверхности конденсированнои фазы.

Уравнения (8.72) и (8.73) называются алсорбционными уравнениями Ленгмюра. При применении их к газообразным алсорбатам концентрацию нужно заменить на парцнальное давление газа, которое увеличивает адсорбцию. Однако адсорбция ГА, например паров НзО в пемзовилном веществе силикагеле (РАОз + лН10), по мере увеличения парпиального давления газа или водяного пара растет по линейному закону, а затем рост адсорбции ослабевает, и при давлении Рйо адсорбция достигает предельного значения н,о Гюа" . Дальнейшая адсорбция невозможна, так как на поверхности йзо уже заняты все места. Поэтому иа полированных поверхностях, на полированной электродной проволоке влсорбнруется значительно меньше волорода, чем на шероховатой, образующейся в результате окисления после грубой механической абразивной обработки или после химического травления для улалсния оксидов.

Характеристики

Список файлов книги