Cimmerman (523120), страница 115
Текст из файла (страница 115)
в. Соотношение между поглощением и выделением газа зависит от взаимодейст. вия в системе гаэ — металл с учетом давления и температуры. — Стадии процесса поглощения газов (рис. 3.6У). — Поглощение измеримых количеств водорода в определенных системах может быть экзотермическим (например, палладий, редкоземельные элементы, цирконий) и эндотермическим (например, железо, медь, алюминий). г. Температурная зависимость растворимости газа при эндотермическом процессе (закон Бореля). /. = Ке е ти'ьг, где Л вЂ” растворимсстгч й — постоянная Больцмана; т/ †тепло растворения; Ке — константа растворимости. д.
Зависимость растворимости газа от давления. Подчиняется закону Сивертса (О) для соответствующего газа (О, Х или Н): [тт)=КУр, где р — давление: К в ионстаита. е. Выделение газа. Как правило, происходит при затвердевании. При этом имеет место скачкообразное уменьшение растворимости газа. Этот процесс важен при разливке жидкого металла. Представляет опасность образование пор (пузырей) особенно для литейных материалов. Для улучшения качества, литых металлов необходимо уменьшить содержание в них газов до минимально возможных значений (см. 3.6.1). С этой целью воздействуют на источники, иэ которых поступают газы в металлы.
Источниками газов являются: окружающая атмосфера (печная, при разливке); газы из примесей шихты (влажная шихта); формовочные материалы и литейная форма. Отсюда вытекают общие мероприятия по снижению содержания газов в металлах: 1) выдержка расплава (улетучнваиие— выход газов„всплывание продуктов раскислсния); 2) промывка расплава солями (связывание газов); 3) обработка расплава защитными газовыми средами или в вакууме; 4) специальные мероприятия (например, для расплава Сп сначала окисление О-» -ьНэО), затем раскисление).
Меройриятия, укаэанные в пп. 2 и 3, снижают парциальное давление газов. ж. Единицы измерения. Содержание га. эа измеряется в кубических сантиметрах на 1ОО г металла, в процентах или миллионных долях (млн.-'), например; еи'/таз г 44 а телла 44 ил в. 1 0,00009 0,9 1 0 00125 12,5 Водород Аытт 3.6Л. Система Водород — желе.)о Рпегпоримость, температурная зависимость растворимости а. Общие замечания. Растворимость водорода в чистом железе повышается с повышением температуры (эндотермический процесс). Первым этапом растворения Н является адсорбция молекул Н, на поверхности металла и их диссоциация. Образовавшиеся атомы водорода занимают положения в междоузлиях или замещают вакансии кристаллической решетки.
Повышение температуры ведет к меньшей устойчивости кристаллической решетки и тем самым увеличивает растворимость. Вследствие этого при температуре плавле- ния растворимость Н увеличивается скачком (см. рис. 3.68) (5,65). Лля а-ткелеза температурная зависимость слабее, чем для у-железа. б.
Температурная зависимость растворимости водорода в чистом железе (65): и а ВЛЖ ф ь т)ВВ/В т фвы ввввв в ВВВ ВВВ /ВВВ ПОО/4ВВв/Врф С рве. зла — При атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) т !й /.щ, = — А/Т+ В+ 1,44; !й рты — растворимое количество Н на 100 гт А ре =1454; А и — — 1433; В,р =0,439; В„р =0,296; Т в К. — При любом заданном давлении. 166 = А/Т+ В+ '/э)бр.
Уравнения используют для решения практических задач. в. Закон квадратного корня (Сивертса). Следует из уравнения для любого давления (при заданной температуре концентрация растворенного в металле Й пропорцио. напьна квадратному корню иэ парциальиого давления Н над металлом): (Н) = =КУР, . г. Влияние легирующих элементов на растворимость водорода. Например, Вй увеличивает, а Ст, Мо уменыпает растворимость Н д. /(иффузия.
Происходит при отсутствии равновесия. По коэффициенту диффузии водорода а-желеэо (рис. 3.69) (65) сильно отличается от у-железа и других металлов. При снижении температуры водород относительно быстро диффундирует иэ а-железа. В интервале 800 †10'С Н быстро диффундирует также из у-железа, а также, например, из 2т и Т! (важно для термической обработки и аналитического определения водорода). диффузионная способность водорода (О) в Ге зависит от давления Н иад Резон = К У ры, где К вЂ” коэффи- циент, зависящий от температуры.
Влияние водорода на свойства матерналас при увеличении содержания водорода в металле уменьшаются пластичность (относительное удлинение и сужение прн разрыве) и увеличивается охрупчивание (зависит от скорости деформации, при увеличении ее выражено слабее). ббб гж Тбб ф'б и' сг-Ге И-г ~ъ' ъ ъ «а ф Тб зт дт-'ф ,6-71 ъъ Ц бн му -ге сг-Ег ъо $иъъ Тб та ъ фи' ф у г х УРУТг Л ' Рнс. Э.за Виды охрупчнванияс 1. Флокеиы возникают в больших поковках, если не было достаточно времени лля выхода водорода из металла при ахлаж° денни. Образование флокенов уменьшается при соответствующей термической обработке (медленное охлаждение или дсгазация расплава). 2 Флокены типа «рыбий глаза часто образуются при дуговой сварке, когда может происходить поглощение Нв 3.
Замедленное разрушение связано с поглощением водорода при травлении или при гальванической обработке поверхности. Водород при отпуске в интервале !00— 200'С влияет главным образом на замедленное разрушение высокопрочных сталей. Трещины при травлении (скопление молекулярного водорода в порах н включениях, повышение давления).
Внутршсрисгаллитное коррозионное растр«сказание в ферритных сталях (кислые, а также содержащие Нсб среды при совместном действии механических напряжений). Технологические особенности а. Водород в чугуне. Содержится, как правило, в количестве 3 — 7 сма/100 г твердого чугуна; содержание зависит от продолжительности выдержки и ог характера окружающей атмосферы.
б. Атмосфера печи. Парциальное давление водяного пара в доменной печи (0.10— 0,18 ат) зависит от вида топлива. Давление изменяется в течение процесса (прн акислеини увеличивается; если скорость обезуглербживання уменьшается, то содержание Н также увеличивается; кипение расплава способствует удалению газов). Давление изменяется также при нижнем дутье газовыми смесями, содержащими кислород (парциальное давление водяного пара 1,б— 2 ат). Повышение парциальиого давления водяного пара увеличивает содержание Н в расплаве и вызывает необходимость принимать специальные меры по его снижению.
в. Известь Металлургическая известь должна быть хорошо просушена, так как ее влажность оказывает сильное влияние на содержание Н в стали. г. Шлаки. Могут поглощать Н из атмосферм печи н обогащать нм расплав. Находится лн Н в виде ионов ОН не установлено. Количество растворенного в шлаке водорода также подчиняется закону квадратного корня с достаточной точностью. Растворимость водорода в интервале от 1400 до 1800'С слабо зависит от температуры.
3.6.2. Система кислород — железо Растворимость а Общие замечания. В жидком состоянии имеется широкая область несмешиваемосги. В равновесии находится расплав Ге, содержащий кислород, н расплав, содержащий Гео (рис. 3.70) Щ. й'б Тййр ебб а М Л~ Л' об,йт бб Тб ба%/исч/ Рнс З.тз à — заа расплава: П вЂ” 6-Га+расппаа; ПГ— т-Ге+постна; Гр — аистят: Н вЂ” рассказ+Он й — Г О,+Он ГП вЂ” Г«,Ог рты — Г,О,+ +ои тх-а-ге+амсшм х' — г,аи хг — сс. га+г,о В монотектической точке (!б23'С) расплав Ге содержит 0,16% Оа.
При атом происходит реакция (полужидкая эвтектика из б-Ге и ГеО). При более низких температурах образуется гетерогенная область, состоящан из т-Ге и жидкой ГсО. Далее образуется вюстнтная фаза Прн дальнейшем снижении температуры (равновесие() вюстнт распадается на феррит и Ге«О«(660'С). Растворимость кислорода в твердой фазе точно не определена. Система Ге — О является основой при обработке стали в жидком состоянии (см.
3,3). 393 б. Диффузия. Коэффициент диффузии очень мал, () 1 10т м см'с-' прн 1000'С. в. Продукты рэскислення. Прн удаления кислорода из жидкого расплава образуются нерастворимые твердые окислы (см. 3.3. Раскисление), которые полностью удалить нельзя.
Кислород в этих окислах составляет так называемую нерастворимую долю кислорода. Влияние кислорода на сэойсгэа материала. С ростом содержания кислорода в металле увеличивается склонность к старению (может привести к охрупчиванию, в результате имеется опасность хрупкого разрушения), э также количество кислородсодержащих неметаллических включений, При этом соответственно уменьшакпся относительное удлинение н сужение при разрыве, ударная вязкость, особенно на образцах с острым надрезом, а также (под влииннем неметаллнческих внлючений) склонность к росту зерен и аннзотропия относительного удлинения н относительного сужения (вдоль и поперек направления деформации).
в. Закон Снвертса (закон квадратного корня). Растворимость азата в жидкой и твердой фазах подчиняется уравнению (Ы) = Й'(/ ры г. Влияние других элементов на растворимость азота. Увеличивают растворимость Ч, ЫЬ, Сг, Та, Мп, Мо, тр. Уменьшают растворимость С, О, 55 5, Со, Ы1, Си, 5п. ф'с 8Ю 7СС 3.6.3. Система азот — железо Растворимость а. Общие замечания. Растворимость азота в жидком н твердом Ге зависит от температуры (рис. 3.71) (65). При температурах превращения и при плавлении растворимость изменяется скачкообразно. 4рб ь" 4ВУ зт СС2 м С Ьт ССС 7СОО 72СС жю 7ССС 7 'С ряс.
злп Величины растворимости: -2,8 с)г ну-Ге при 650 'С и -0,1 сй в а-Ге при 590 'С. б. Диаграмма состояния (рис. 3.72) (5). Три азотсодержащие фазы: у', соответствующая ГегЫ, г. ц, к. решетка; е, соответствующая ГетЫ, гексагональная решетка, (٠— в мехскоузлиях (октээдрическая); $, соответствующая ГетЫ, гексагональная или орторомбнческая решетка. Кроме того, после отпуска закаленных сплавов может образоваться сверхструктурная фаза а" (ГегЫ нли ГемЫт). Нитриды А1, Т1, Сг, У, 5! термодинамически значительно более стабильны, чем ингриды Ге. С б ГС 72 2Р 2й й, %Таси) Рис. 3.72 д. Диффузия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
