Якушин - лекции (1043963), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

ΔGокисл = ΔH –TΔS = ΔHMeO – ΔHO2 – ΔHMe – TΔSMeO + TΔSO2 + TΔSMe;

ΔGдис = ΔH – TΔS = ΔHO2 + ΔHMe + ΔHMeO – TΔSO2 –TΔSMe + TΔSMeO.

ΔGок – ΔGдис =0

Равновесие в гетерогенных системах.

Гетерогенной называется система, состоящая из нескольких фаз, разделенных границами с резким изменением свойств.

Пример: жидкий Ме – жидкий шлак; сварочная ванна - газ над ванной; твердый раствор, в котором находится карбид.

В гетерогенной системе может быть растворено третье вещество, причем растворимость в каждой фазе системы будет различная. Например, газ растворяется в жидком металле или жидком шлаке. В каждом металле оксид растворим.

(FeO) – оксид в шлаке;

[Feo] – оксид в металле.

L = (FeO)/[Feo] = f(t)

С понижением температуры FeO переходит в шлак, но скорость реакции очень мала.

FeO, SiO2 или FeSiO3

В гетерогенных системах третье вещество может быть растворено в каждой фазе. В этом случае распределение вещества между фазами описывается законом распределения, который гласит:

Отношение концентраций третьего вещества в двух взаимодействующих фазах есть величина постоянная, зависящая от температуры.

Используя этот закон можно управлять реакциями очищения металла от примесей (рафинирование), изменяя температуру или активную концентрацию примесей в одной из фаз. Таким образом очищают металл от окислов, переводя его во флюс, а так же и от сульфидов.

L = (FeS)/[FeS]

Растворимость газов в металле – постоянная величина, зависящая от температуры и давления. Описывается двумя законами.

Закон Генри: растворимость газа в металле зависит от парциального давления газа над металлом и температуры.

[H] = K*PH = f( t ) ;

H2 ↔ 2*H ; Kp = P²H/PH2 ;

[P] = √ Kp*PH2 – закон Сиверста.

Для молекулярного газа растворимость меньше, так как часть энергии тратится на дииссоциацию.

За точкой кипения растворимость газа уменьшается, так как его парциальное давление снижается.

Пример решения задачи.

Определить количество раскислителя, которое должно вводиться через сварочную проволоку при сварке Ст3сп в среде углекислого газа.

Главная задача исключить окисление углерода, чтобы не допустить разупрочнение шва и образование пор.

С + О2 = СО2

2[C] + O2 → 2(СО) ;

[Si] + O2 = (SiO2) ;

2[Fe] + O2 = 2(FeO) .

Рассчитаем упругость диссоциации С и Si , приняв их в чистом виде.

lgP°^(CO)O2 = - ΔH/RT –TΔS/R – CpMo/R = -16.0184

lgP°^(SiO2)O2 = -13.8914

При окислении С и Si в чистом виде в первую очередь окисляется С, потому что его парциальное давление больше.

Как переводить % в Моли :

[C] = (0.14/12.011) / (0.14/12.01 + 0.08/26.086 + 99.78/55.847) =0.00647 Молей;

[Si] = 0.0158 Молей;

[Fe] = 0.99195 Молей.

Подсчитаем упругость диссоциации с учетом молярной концентрации элементов:

lg PO2^C(CO) = lgPO2^O(CO)/[C]²;

lg PO2^C(SiO2) = lgPO2^O(SiO2)/[Si]².

Для определения необходимого количества кремния для начала определим его концентрацию в условиях равновероятностного окисления.

[C²]/[Si] = lgPO2^O(CO) / lgPO2^O(SiO2) ;

[Si] = [C²] * lgPO2^O(CO) / lgPO2^O(SiO2) = 0.0056 ;

Перевод Молей в % :

g_{[Si ]} =( 0.0056*280.86*100 ) / ( [ ]₁*A₁ + [ ]₂*A₂ ) = 0.083 .

→Сталь3сп варим св08Г2С.

Лекция № 8

Взаимодействие металла с защитными средствами при сварке.

1. Источники газов:

- защитные газы;

- попадание в защитные газы воздуха;

- газы, абсорбированные на поверхности свариваемого металла;

- газы,, содержащиеся в поверхностных пленках (оксидные, глировые

пленки, масленые пленки);

- газы, растворенные в основном и электродном металле;

- газы, попадающие в дугу в результате термодиффузии.

Газы стекаются в наиболее

нагретую зону.

2.Условия взаимодействия газов с металлом в дуге:

- высокая температура (растворимость);

- большой коэффициент диссоциации (обесп. переход газа в активное

состояние);

- большая скорость взаимодействия.

3.Важнейшие процессы негативного плана:

- окисление;

- насыщение N₂ и О₂;

- образование химических соединений газов с Ме

(гидрид, нитрид, межгазовые соединения: окись азота и т.д.)

Диссоциация – дробление молекул под действием внесенной энергии

2H H₂ +103,8 Ккал/моль lgК_р^Н2 = - 1,504lgT-0,767

2О О₂ +118,2 Ккал/моль

2N N₂ +170,2 Ккал/моль

= 0.96 (при 5000^ОС)

= 0.038 (при 1000^ОС), это степень диссоциации

в 25 раз возрастает степень диссоциации при увеличении температуры

в 5 раз.

=

Роль диссоциации:

- непосредственно в плазме дуги идет процесс диссоциации с поглащением тепла, а на периферии идет процесс образования вновь молекул (рекомбинации) с выделением тепла.

- резко падает растворимость в молекулярном состоянии.

=КР_н - закон Генри

=К - закон Сивертса

lg^CO2К_р ⁼ - + 4,405

При сварке в СО₂ различных материалов может быть восстановление или

Окисление (окисление, если прибл.О₂ , а восстановление – если СО₂).

При диссоциации СО₂ возможно науглероживание, которое очень опасно при сварке высоколегированных сталей.

Плавление углерода в аустенитном шве приводит к образованию сорбидов

Cr металла и образованию Cr металла и потере коррозионных свойств.

Образование соединений между газами.

N₂ + O₂ = 2NO – 43,2 Ккал/моль – эндотермическая реакция, идет

в зонах высоких температур, т.е.

в дуге. Азот воздуха окисляется.

NO – переносчик азота:

С увеличением температуры растворимость газа увеличивается.

_r = , где а, К –const

Механизм растворения газа в металле.

1. Адсорбция атомов на поверхности металла.

2. Образование химических соединений атомов с металлами (хемосорбция).

3. Отвод продуктов хемосорбции в глубь металла.

Первый и второй механизмы действуют мгновенно, а третий зависит от времени и механических воздействий.

1. Электропоглощение, т.е. под действием электрических зарядов положительно заряженные ионы идут к катоду, а затем распространяются в металле диффузией.

Влияние кислорода на свойства сталей.

FeO – 22.7% О₂

Закись – растворима в самом железе.

Fe₂O₄ - закись-окись 27,64% О₂

Fe₂O₃ - окись 30% О₂

Fe₂O₄ и Fe₂O₃ не растворимы в Ме и дают включения.

При Т=572⁰С FeO Fe₃O₄ + Fe /

Кислород находится в твердом растворе (при Т=23⁰С) ОЦК решетки в виде оксиферрита и в виде включения Fe₃O₄ .

Предельная растворимость кислорода в стали 0,16% (при температуре плавления), а при 25⁰С предельная растворимость кислорода 0,001%.

На механические свойства кислорода влияет:

Лекция № 9

Особенности защиты металла при сварке газом.

Кислород ведет к снижению прочности, а азот к увеличению. Кислород в металле не растворяется, а растворяется в FeO. Включение образуется на этапе кристаллизации. Зерно граничная хрупкость.

FeO – Стекловидное игольчатое тело → приводит к снижению пластичности. Приводит к снижению пластичности.

N2 - растворим в высокотемпературном железе в виде атомов. При достижении t = 592˚ азот оказывается в избытке и образует нитриды. Эти соединения препятствуют скольжению, разрушение по телу.

Водород опасен только для закаливающихся сталей.

Учитывая вредное влияние атмосферы, необходимо стремиться к предельному снижению атмосферных газов в плазме дуги и металле шва.

Вытеснение воздуха из зоны сваривания парами и газами, выделяющимися при горении дуги:

1. Потоком газов, вызванных термическим расширением и диссоциацией.

1. Потоком газов и паров, выделяемых из расплавленного металла.

1. Потоком газов и паров, выделяющихся при нагреве компонентов(порошковых проволок, фитильных проволок, покрытий электродов.

Газы, нагреваемые до 3000, увеличивают объем в 10 раз.

При диссоциации, если газ двухатомный объем увеличивается в 2 раза.

Капля Ме , нагретая до 3000˚, выделяет много паров самого Ме → кипение тоже приводит к увеличению объема газа.

lgPFe = 20150/T – 1.27*lgT + 13.98 ;

Характеристики

Список файлов лекций