Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Особенно низкой является температура плавления фосфндной эвтехтнкн (Гю = 923 К) н соответственно низкой валяется ее стойкость против образования горячих трещин прн сварке ннкелевых сплавов. Удаление фосфора нз сварочной ванны основано на его шгисленни в составе фосфндов н последующем связывал»»л фосфорного ангнлрнда Р20» в прочное комплексное соелнненне, легко переходящее в шлак.
Сцпсление фосфора развиваема в сварочной ванне в соотаетствнн со следующей реакцией: 2ГЕЗР ь 5ГЕОГэ РЗО5 + 11ГЕ. (9.87) Затем идет процесс связывания ливком фосфорного ангидрида. По возрастающей силе сродства к ангилрнду РзО5 основные в амфотерные окснды можно расположить в следующей последовательности: Г«20з -«А)зОз -+ ГеО -+ МпО -+ М8О -ь СаО, (9.88) т. е. наиболее актнвнымн по отношенню к фосфорному анпшрилу являются СаО, М80 и МпО. Запишем уравнения реакцнн связывания фосфорного англлрида; — наиболее активный процесс (9.89) 4СаО+ РзО5 кх(СаО)4 Р2О5; — менее актнвный процесс (9.90) 4МПО+ РзО5 ~ (МлО)4 . Р2О5.
Длл процесса улалення фосфора из сварочной ванны, объединив, например, уравнения (9.87 н 9.89), получим 458 2Гезр+5ГеО+4СаОГЗ(СаО)4 РЗО»+!!ре. (9сщ) Константа равновесия для агой реаклин равна (Са4рзО» )[Ге[ ~г г ([Г р[2(Г»))5(СаО)4)* откуда, полагая, что в сталя [Ге) = 1, получаем ([Са4рз05) [Г зр) «,) — —,„.К;. ' =6..о)(. " И ряжения (9.92) следует, что прп данной концентрацнн фосз вы .
б завифора а сварочной ванне полнота е»о удаления а шлак улет сеть от содержания в шлаке следующих соединений: 1) свободных оксндов СаО и ГеО, с увеличением содерлания которых реакция (9.89) слангаегся вправо, т. е. в нвправленнн очищения металла от фосфора; 2) комплексного соединения, связывающего фосфор, например (СаО)4. Р705. Уменьшение солержання своболных оксидов и комплексных соединений в шлаке способствует очищению металла от фосфора, Этого постигают разбавленнем шлаков иютветствующнми нейтраэьнммн добавками, например плавиковым шпатом, которыи олновре ременно разжнжает шлак, а также повышает его общую реакционную способность.
Таким образом, основные шлаки могут обеспечить необходимое очищение металла шва от фосфора. Кислые шлаки значнтельокснды СаО. МпО, ГеО связаны в снликаты, н развнтие реакция (9.89) происходит влево. При этом увелнчнваетсл содержание фосфора в металле шва н тормозится его улаченне в шлмг. шлмг. Константа равновесия реаюши (9.89) с ростом температуры уменьшается, что свидетельствует об ннтенсифнкацни реакции перехола рах следует ожидать более активного перехода ф фора ф фора в шлак. В этом отношении «короткие» шлака эффективнее «Ллинныхэ. Прн сварке в среде защнтных газов удаление фосфора нз металла шва связано с ббльшнмн трудностями. Главным фактором сохранения высоких значеннй механических свойств является предельное снижение фосфора в основном ме»алле, а в шве — пре- 459 (2.6) е 69/Ю~)!О 6,9 10 м.
1)юее (2.7) Дгпе =л — юд, =1,38 1О 4 з 6 Т 3 8 л (2.10! )еокТ, )Т, сц =~ — ' 69 — ', е еле е (2.8) (2.! 1) Ел геи (2,9) ГДЕ ВЕЛИЧИНа ШЕе НаЗЫВаЕтСЯ ЛЕНГМЮРОВСКОй НЛИ ПЛаЗМЕННОй Чае- тотой и является чрезвычайно важной характеристикой плазмы. Естественно, можно принять за временной масштаб разделения зарядов веяичину, обратную плазменной частоте, т, е.
поскольку за промежутки времени г» т частицы совершат много колебаний около положения равновесия и плазма в целом будет вести себя как квазинейтральная система. Рассмотрим теперь лростракствкккыб масштаб разделения зарядов. Из простых физических соображений ясно, что он должен быть равен расстоянию, на которое может сместиться возмущение плотности заряженных частиц вследствие их теплового движения за время, равное периоду плазменных колебаний. Определенный таким образом пространственный мвсштаб разлеления зарядов длв плазмы носит название электронного дебаевскага радиуса жракаравание гп, и играет в физике плазмы фундаментальную роль.
Он выражается в метрах и вычисляетая по формуле -!3 где ко =' 8,85.10 Кл/(В м) — электрическая постоянная, Те и л,— соответственио температура, К, н концентрация,м , электронов. Итак, для квазииейтральности плазмы необхолимо, чтобы ее характерные размеры Е значительно превосходили дебаевский радиус зкранирования: Только прн условии (2.9) систему заряженных частиц можно считать плазмой, т. е. материальной средой с новыми качественнычи своде~вами. В противном случае получается простая сово- купность отдельных заряженных частиц, к исследованию которой применима электродинамика вакуума. Пример зп. Опрелелить дебаевскнй радиус экраиированив для высокое ионнзаваниой плазмы сварочной дуги при условное: р = 10 Па, Т = =10 К,л,=10 м зе -3 решение.
Подставив числовые данные в формулу (2.8), получим для данного случая толью в кубике газа со стороноа менее Л 69х х 1О м = 1! нм можно определить разность конпентрацнй ионов и элек- -9 тронов. Поэтому можно сделать вывод: в сварочной дуге при атмосферном давлении плазма квазннсйтральнв. Дебаеаское жраннрование является статистическим понятием н имеет место только в том случае, когда в зарткеином облаке находится достаточно много частиц. Очевидно, что если облако состоит только из одной ила двух заряженных частиц, то дебаевское экранирование не применимо. Используя выражение (2.8), можно вычислить число частиц !тепе в елебаевской сфереж Чтобы плазма имели каллективныс свойства, помимо неравенства (2.9) должно выполняться условие Специфические особенности плазмы могут проявляться только тогла, когда распределение заряженных частиц в ней становится неоднородным и возникают макроскопнческие электромагнитные поля.
Электромагнитные поля в плазме могут созлаваться и внешними источниками, оливка сушествеино, что эти поля влиюот нв характер распределения и движение заряженных частиц в плазме, индупируя в ней заряды н токи, которые, в авою очерель, сами создают электромагнитные поля, изменяя полное электромагнитное поле в системе, Происхолит так называемое самоаогласованное воздействие заряженных часзиц и электромагнитного поля друг на прута. Собственно, в этом и проявляются каяеектиекые свакстеа плазмы. дотврашенне образования ликватов линейной формы путем управ- ленив схемой крнсшллнзации. В легированных н высоколегированных сталях содержание фосфора сяюкасгся до 0002...0003 %.
9.10.4. Мпяифпппрвввипе металла шва Модифицироишие металла шва направлено на измельченне кристаллитов шва. Оно осуществляется введением в жидкий металл зародышей, т. е. твердых частиц, на гранях которых ьюгут оседать аточы мепшла. Чем больше таких активных частиц, тем больше число зарождающихся кристаллвтов и теи меньше их размеры. В качестве зародышей служат атомы тугоплавких иегатлов или их соединения.
обладающие изоморфносгью, т. е. такни же, как у металла шва, типом кристаллической решетки и близкими размерами. При выборе элементов-модификаторов необходимо предотвратить возможносп их окисление, образования карбнлов или интерметаллидов с лругнми компонентами сплаиа Зта достигается использованием весьма малых полей элементов-молифнкаторов (в малмк долях их химическая вкшшнгсгь снпжаешя). Нан. более часто мадифидируют силь титаном и цирконием. В ааюминиевых сплавах наилучшим модификатором является скандий Яс. При авале сканлия в жидкий алюминий образуется соединение А!збс (Т„, = !593 К) с ОЦК-ренпткой, параметр которой равен 0,4105 — т. е. такой же, как н у алюминия.
Другие модификаторы (Т1, Уг) менее эффективны, так как о(юазуют нензоморфпые соединения А!2Тг и А122г с тетрагоначьиой решеткой (а = 0,40, с= 1,73!5). 9.11. Дефекты ыетаддургпчеекега прансшшшеппп в сварных швах 9Л1.1. Поры в металле шва Расплавленный металл капель и сварочной ванны может сильно насыщаться гаями в результате химичесюгх реакций, протекающих между металлом, газовой и шлаковой фазами. Растворимость водорода, азата н кислорода в нагретом ло высоких температур жидком мепшле значительно выше, чем а твердом металле при температуре его кристаллизации.
Поэтому в период кристаллизации металла сварочной ванны в затвердевающей части может начаться интенсивное газовьшелсние, обусловленное значительным снижением распюримостн газов. Особенно резко снижается растворимосгь водорода в крисппшизуюшнхся алюминии и а ах а после их затвердения растворимость в них еошгроле Поскольку кристаллнзуюшаяся тверлая фюа азлержит меньше газов, чем и оставшийся жидкий металл (маточный раствор), в межа деилритпых про гаи ро —.аистввх возможна образование могюкул газа прн протекании реакций. [с[+ [о[ = со' 2[Н[ — ' Н21 2[Н) + [0[ =' Н2О: (9.93) [н[+ [о[ = он.
П ° ы реакци~ (9.93) в металле не Расгвойимы. - выли ляигюв из сварочной ванны либо образуют поры. Дяя зарождения и развитив га зового пУзыРька нУжно, чтобы давление газа Рпа внУгРи него было не ниже внешнего лавлениа Рвал, т. е. Рг эйРзнл (9.94а) Внешнее давление слагается из ряда составляющих: а Реха Рати+ )ггр! + 12Р2+ 2 (9.94б) (9.95) а Р >Рвов+ 2 —. Г В п вой части уравнения (9.95) главное значение имеет второе слагаемое, которое увеличиваегся с роста вер правой ча и по хностного ы ка. Если пришпь, по на пения а и уменьшением размер' "уз рь з в начальной стадии образовании пузырька ега радиус г и 10 см Здесь Рв„, — атмо~Ун о~~ гное давление; й! — высота слоя метаыа иаа пузырьком; р! — плоти ость метаяла; лз — вмсота слоя шлака иад пузырьком; рз — пл — отпасть шпига! о — поверхностное натюкение на ице раздела газ — металл; г- радиус газового пузырька.
границе равд В обычных условиях давлениями слоев мепць ча и шдака (соответственно Ьгр! и Ьзрз) вслелствие их мал и ости (ч!00 Па) можно пренебречь. Тогда уравнение (9.94а) нримег вид 10"' (1О м), а поверхностное натяжение нв границе гвз — металл со. стввляет и = ! Нгм, то для сущеспюввния такою пузырька и его дальнейшего роста нужно, чтобы давление внугрн него р, 21,01 105+2 — =-201 105 Па (9.96) !О Итак, возникновение и развитие газового пузырька с тяким;швленнем возможно, по-видимому, только на стенках твердой фазы (например, нв гранях растущего кристалле), нвходвшейся в контакте с жидким металлом, Это подтеержлвется гешке следующими соображениями: 1) кислород, водород и углерол являются поверхнастно.а~тинными элементами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
