Пример готового ДЗ по теории сварочных процессов
Описание файла
Документ из архива "Пример готового ДЗ по теории сварочных процессов", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "теория сварочных процессов" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "теория сварочных процессов" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Пример готового ДЗ по теории сварочных процессов"
Текст из документа "Пример готового ДЗ по теории сварочных процессов"
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. БАУМАНА
ФАКУЛЬТЕТ МТ (Машиностроительные технологии)
КАФЕДРА МТ7 (Технологии и оборудование сварки и контроля качества сварных соединений)
Домашнее задание
по курсу
«Теория сварочных процессов»
Студент группы МТ 7-82: Карасев Н.А.
Москва,2014 г.
-
Подсчитайте энергию Гиббса (ΔG) для следующих реакций при сварочном нагреве в интервале 1000-5000 °С.
Дано:
Решение:
Энергия Гиббса определяется по формуле (по методу Улиха):
где, - изменение энергии Гиббса химической реакции,
- изменение энтальпии образования,
- изменение энтропии химической реакции,
- изменение молярной теплоемкости химической реакции.
Энергия Гиббса при:
Вывод: Мы определяем энергию Гиббса, чтобы спрогнозировать химические реакции, таким образом, мы можем судить об окислительных и восстановительных свойств веществ и их взаимодействиях. При температуре 1000 К реакция идет в прямом направлении (так как ), а при температуре 5000 К данная реакция идет в обратном направлении.
2. Определите энтропию растворения в железе следующего элемента при 20°С и при 5000°С в концентрации 0,5%.
Дано:
Вещество – W.
Решение:
-
Стандартная энтропия 1 моль вольфрама:
Пересчитаем массовую концентрацию вольфрама в молярную по формуле:
, где - соответственно атомная масса и массовая концентрация i – го элемента;
К – число элементов в системе.
3. Определяем энтропию 1 моль вольфрама при температуре 5000 0С по формуле:
- температура, при которой рассчитывается энтропия (задана по условию);
- стандартная температура.
– - теплоемкость вольфрама.
4. Определяем энтропию растворения вольфрама в железе при T=5298K:
5. Определяем энтропию растворения при 20 0С:
Вывод: Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности (беспорядка) системы. Таким образом, если процесс идет в направлении увеличения неупорядоченности системы (а повседневный опыт показывает, что это наиболее вероятный процесс), ΔS — величина положительная. Для увеличения степени порядка в системе (ΔS > 0) необходимо затратить энергию. Оба этих положения вытекают из фундаментального закона природы — второго закона термодинамики.
Таким образом, энтропия возрастает, т.к. возрастает температура.
3. Подсчитайте парциальное давление рСО2, выделяющегося при нагреве следующих веществ в составе электродного покрытия и сравните с СаСО3.
Дано:
Вещество –
Решение:
При диссоциации имеет место следующая реакция:
В условия термодинамического равновесия константа этой реакции , так как остальные компоненты являются конденсированными (жидкими или твердыми) веществами и не участвуют в изменении давления газовой среды.
Рассчитаем константу равновесия для реакции с СaCO3:
Сравнение давления pCO2 при нагреве и CaCO3
Вывод Вывод: не обеспечивает защиту дуги от внешней среды, т.к. парциальное давление pCO2 ( )<< pO2 парциального давления кислорода pO2(среды)=0,21 атм, следовательно будет окисление металла шва.
4. Какие элементы при сварке в воздухе окисляются в первую очередь.
Дано:
10Х18Н9
Решение:
Состав стали:
C=0.1% - содержание углерода;
Cr=18% - содержание хрома;
Ni=9% - содержание никеля;
Fe=72% - содержание железа;
Реакции окисления элементов сплава:
Сродство к кислороду можно определить по энергии Гиббса реакции, для её определения необходимо подсчитать , , :
1)
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль углерода:
2)
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль никеля:
3)
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль хрома:
4)
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль железа:
Рассчитаем мольные концентрации компонентов сплава:
-
;
-
;
-
;
-
;
Энергия Гиббса компонентов с учетом мольной концентрации:
Вывод: в сплаве 10Х18Н9 первым окисляется Cr, затем C, Fe, Ni.
-
Ввод какого элемента позволяет полнее удалить серу (S) из ванны.
Дано:
Zr, Al
Решение:
В стали сера образует соединение FeS, следовательно реакция удаления серы выглядит следующим образом:
-
2FeS + Zr = ZrS2 + 2Fe;
-
3FeS + 2Al = Al2S3 + 3Fe.
Рассчитаем энергию Гиббса данных реакций в состоянии ванны:
-
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции :
-
;
Изменение энергии Гиббса реакции :
Вывод: Zr лучше позволяет выводить серу из стали (так как реакция идет в прямом направлении). Реакция с Al идет в обратном направлении ( S остается с железом). Сера является вредной примесью, так как в стали образует легкоплавкое соединение FeS, которое имеет температуру плавления на 3000С меньше чем сталь. Поэтому FeS при кристаллизации скапливается по границам зерен, тем самым понижает нижнюю границу ТИХ и увеличивает вероятность образования горячих трещин.
6. Выберите элемент, который при сварке при T = 1900 °C защитит углерод от выгорания в стали 45.
Дано:
Элемент – Ni.
Решение:
Определим энергию Гиббса данных реакций:
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль железа:
2)
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль никеля:
;
;
;
Изменение энергии Гиббса реакции окисления 1 моль углерода:
Вывод: Ni не защищает Fe и C от выгорания в стали 45.
7. Подсчитайте константу равновесия следующей реакции в стадии ванны (Т=19000С) в интервале 1500-25000С
Дано:
К+O2
Решение:
4K+O2=2K2O
Для вычисления константы равновесия воспользуемся формулой Вант – Гоффа:
;
;
;
Вывод: константа равновесия характеризует завершенность реакции, чем больше , тем больше степень завершенности реакции (концентрация продуктов реакции выше концентрации исходных веществ).
8. Рассчитать степень диссоциации в зоне дуги (Т=1000 – 3500 0С) для следующих веществ.
Дано:
CaO, CO2
Решение:
-
2CaO=2Ca+O2;
;
;
;
Изменение энергии Гиббса при Т=10000С
- степень диссоциации равна нулю.
Изменение энергии Гиббса при Т=35000С
- степень диссоциации.
-
;
;
; ;
Изменение энергии Гиббса при Т=10000С
- степень диссоциации равна нулю.
Изменение энергии Гиббса при Т=35000С
- степень диссоциации равна нулю.
Вывод: при увеличении степени диссоциации появляются заряженные частицы (ионы, радикалы и т.д.) следовательно увеличивается проводимость дуги.