Sursele de fosfor și sulf în zona de sudare LES-RAT: fluxuri și acoperiri de electrozi, care includ co-exploatație componentele de impurități de sulf, cum ar fi dy mangan-py, și miezul topit și metalele de electrozi.
Fig. 9.31. Diagrama compozită a Fe-S, Sm-S, Ni-S
Mecanismul de influență a impurităților de sulf asupra metalului sudat este următorul. In oțelurile reactioneaza cu fier-sulf FeS sulfuri de fier, a căror topire tempera-travel co-stavlyaet 1468 K, t. E. Sub temperatura de topire a oțelului pentru „300 K. sulfura de fier cu greu se dizolvă în aliaj solid fier-house.
Atunci când sudura este cristalizată, FeS este separat de acesta și combinat cu alte impurități sub formă de eutectic fuzibil rezistent la sulf (Figura 9.31) sau sub formă de incluziuni separate
un fel diferit. Eutectica poate fi dublă sau triplă, de exemplu:
- FeS + Fe (Gpl = 1228 K);
- 2FeS-Si02 + FeS (Gpl = 1253 K).
În procesul de cristalizare directă a metalului de sudură, care acționează în intervalul de temperatură lichidus solidus,
sulf eutectic fuzibil cristalite în creștere sunt împinse de metal de sudură la granițele dintre cristalite și să plaseze joncțiunea (în partea centrală a baii de sudura) și să devină o parte a așa-numitelor straturi intergranulare. Prin timp finalitatea-TION metalului sudat astfel cristalizarea intergranulare pro-fumuri poate fi încă în stare lichidă (T3 <Тс). Если возникнут растягивающие напряжения от усадки шва и временных сварочных деформаций в шве, то возможно появление на этих участках горячих трещин кристаллизационного типа (рис. 9.32).
Fig. 9.32. Macrostructura centrului cusăturii (x200) în zona de înrădăcinare a cristalelor de către fețele anterioare (pe partea dreaptă - fisura fierbinte)
Prezența simultană a carbonului și siliciului în metalul de sudură mărește tendința cusăturii de a cristaliza fisurile ca urmare a scăderii temperaturii de întărire a lichidelor și a creșterii intervalului de temperatură de fragilitate.
Secțiunile suturilor cu cuarț sulfuros, care nu au fost distruse în timpul cristalizării, au proprietăți mecanice reduse și sunt predispuse la fracturi atât la temperaturi ridicate, cât și la joase.
Efect deosebit de nociv al sulfului asupra proprietăților oțelurilor rezistente la coroziune și a aliajelor de nichel.
Pentru a reduce conținutul de sulf din metalul de sudură, este necesar să se introducă în elementele de piscină de sudură care ar avea o afinitate mai mare pentru sulf decât fierul. Sulfurile de asemenea formate din aceste elemente trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: rotunjire la o produc eutectice cu punct de topire scazut sulfurat mai mare decât fier sau temperatură de topire de nichel-ment și nu. .. Pentru orice durabilitate gradul în creștere chimic rezultat sulfurile, adică elementele lor entalpie introduse desulfurarea bai-svaroch clorhidric, sunt aranjate în ordinea următoare: A1, Ca, Na, Mn, Mg. Cu toate acestea, utilizarea lor pentru dificultățile conjugate sulf Amânat legare, deoarece toate aceste elemente sunt mai SEASON afinitate pentru oxigen, adică. E. le Leagă în oxizi, schi practic nu este eliminat din incluziuni-Gosia de cristalizare cusătură și formare. Dintre elementele enumerate, cel mai interesant din acest punct de vedere este manganul, deoarece:
Fig. 9.33. Scăderea fracțiunii FeS în faza sulfură [FeS] / [MnS] cu creșterea concentrației [Mn] în oțel
1) are o afinitate relativ mare pentru sulf;
2) ca regulă, este prezentă în oțelurile sudate în cantități relativ mari (0,5, 0,65%);
3) Mn este puțin solubil în Fe și formează o sulfură de magneziu refractară și plastică de formă sferică (Gn = 1893 K), distribuită uniform predominant în volume de boabe;
4) când concentrația de mangan este mai mare de 0,6% în oțel, aceasta promovează transferul de sulf din FeS în MnS, adică în zgură.
Manganul este util mai ales ca element de transfer al sulfului în mai mult
o formă favorabilă de existență în oțel (Figura 9.33). În plus, sulfura de mangan este ușor solubilă în metal și este bună în zgură; astfel încât acesta se duce în cantități considerabile în zgură. MnS rămas în metal este distribuit într-o formă fin dispersată destul de uniform în majoritatea boabelor și nu formează un eutectic ușor de topit.
În practica de sudare, sulful este de obicei legat și îndepărtat în două moduri: prin Mn și MnO, dar și prin CaO. Luați în considerare primul element de desulfurare - mangan.
Principala reacție a legării de sulf cu mangan este descrisă prin ecuație
comparativ cu reacția (9.81) este aceea că constanta de echilibru crește Ks cu temperatura, t. e. cu creșterea temperaturii de reacție deplasată la Rhone-sută randament mai mare (MnS) și [FeO] Un avantaj al reacției (9,83).
Considerând împreună reacțiile (9.81) și (9.83), putem observa că conversia FeS în MnS este facilitată de:
(adică o scădere a [FeO]); o creștere a conținutului de mangan în metal; concentrație mare (MnO) în zgură. În oțelurile de carbon, raportul [Mn] / [S] este, de obicei, 20,25, ceea ce evită crăpăturile de cristalizare. În oțelurile aliate, acest raport ar trebui să fie semnificativ mai mare pentru a obține cusături fără crăpături.
Cel de-al doilea element desulfurator este calciul. Introducerea calciului dă următoarele rezultate pozitive.
Mai întâi, calciul gazos reacționează activ simultan cu sulful și oxigenul din oțelul topit, formând propriii compuși specifici - oxisulfuri, care sunt unice pentru el. Chiar și la concentrații foarte scăzute de metale (nu mai mult de 0,0001%), calciu, datorită activității de suprafață are un efect marcant asupra procesului de rafinare, în special atunci când sunt administrate concomitent aditiv de calciu de pământuri rare - un ceriu și lantan.
În al doilea rând, atunci când se utilizează calciu ca element de desulfurare, este posibilă legarea sulfului cu CaO. Această reacție conduce la formarea unei sulfuri de calciu foarte rezistente și refractare, practic insolubile în metal. Procesul se desfășoară în funcție de reacție
[FeS] + (CaO) <=± (CaS) + [FeO]. (9.85)
Constanta de echilibru a reactiei (9.85) creste odata cu cresterea temperaturii, iar procesul se dezvolta intens spre dreapta, spre formarea in zgura de CaS. Cea mai bună deoxidare a metalului și introducerea oxidului de calciu în zgură va ajuta la reducerea conținutului de FeS din metal. O creștere a conținutului de CaO în zgură duce la o creștere a constantei de distribuție L = (S) / [S], ceea ce asigură o tranziție mai completă a sulfului de la metal la zgură.
Se constată că prezența siliciului și a aluminiului în metal accelerează foarte mult procesul de desulfurare a bazinului de sudură, în același timp, sulful este îndepărtat simultan cu oxigenul. Aceasta este consecința atât o evaporare directă sub formă de compuși cu sulf AI2S3 (temperatura de sublimare este 1823 K) și SiS (temperatura de sublimare este 1213 K) și includerea în compoziția particulelor care rezultă zgură-O.
Fosforul, ca sulful, este o impuritate dăunătoare care degradează proprietățile mecanice ale oțelului, în special la o temperatură mai scăzută, adică provoacă fragilitate la rece. Acest lucru se datorează faptului că,
că în oțeluri fosforul formează parțial fosfor solubil în Fe3P ferită (sau Fe2P) prin reacție
3Fe + P<=±Fe3P (15,63 % Р). (9.86)
Fosforul aparține numărului de impurități foarte eliminate, care sunt distribuite neuniform în metal. Fermentarea fosforului este mărită de carbon. Este posibil să se formeze un eutectic scăzut de topire a tipului triplu de tip Fe + P + C, care reduce în continuare rezistența și plasticitatea articulației în intervalul de temperatură a fragmentelor fragile,
oasele din oțel (Gpl "1173 K). O temperatură deosebit de scăzută este punctul de topire al eutecticii fosfidice (Gpl
923 K) și rezistența sa la formarea fisurilor fierbinți în sudarea aliajelor de nichel este în mod corespunzător scăzută. eu
Îndepărtarea fosforului din bazinul de sudare se bazează pe oxidarea acestuia în compoziția fosfurilor și legarea ulterioară a anhidridei fosforice P2O5 la un complex complex puternic, care trece ușor în zgură. Oxidarea fosforului se dezvoltă în vagonul de sudură conform următoarei reacții:
2Fe3P + 5FeO <=* Р205 + 1 IFe. (9.87)
Apoi, există un proces de legare prin zgură a anhidridei fosforice. Prin creșterea afinității pentru anhidrida P2O5, oxizii bazici și amfoterici pot fi aranjați în următoarea secvență:
Fe203 -> Al203 -> FeO -> MnO -> MgO -> CaO, (9,88)
t. e. Cele mai active în ceea ce privește anhidrida fosforului sunt CaO, MgO și MnO. Să notăm ecuațiile reacției pentru legarea anhidridei fosforice:
- cel mai activ proces
4CaO + P205 <=> (CaO) 4-P205; (9.89)
- proces mai puțin activ
4MnO + P205 <=> (MnO) 4 • P205. (9.90)
Pentru procesul de îndepărtare a fosforului din bazinul de sudare, combinând, de exemplu, ecuațiile (9.87 și 9.89), obținem
2Fe3P + 5FeO + 4CaO <=± (CaO)4 • P2O5 + 11 Fe. (9.91)
Constanta de echilibru pentru această reacție este
([Fe3P] 2 (FeO) 5 (CaO) 4) '
din care, presupunând că în oțelul [Fe] »1, ajungem
Din expresia (9.92) rezultă că pentru o concentrație dată de fosfor în bazinul de sudare, completarea îndepărtării sale în zgură va depinde de conținutul în zgură a următoarelor compuși:
1) oxizi liberi de CaO și FeO, cu o creștere a conținutului a cărui reacție (9.89) se deplasează spre dreapta, adică în direcția purificării metalelor din fosfor;
2) un compus complex care leagă fosforul, de exemplu (CaO) 4 * P205. Reducerea conținutului de oxizi liberi și compuși complexi în zgură promovează purificarea metalelor din fosfor. Acest lucru se realizează prin diluarea zgurii cu aditivi neutri adecvați, de exemplu, fluorspar, care diluează simultan zgura și, de asemenea, mărește reactivitatea sa globală.
La sudarea într-un mediu de gaz protector, îndepărtarea fosforului din metalul cusăturii este asociată cu mari dificultăți. Principalul factor de menținere a valorilor ridicate ale proprietăților mecanice este scăderea limită a fosforului în metalul de bază,
unde se numește Langmuir sau frecvența plasmatică și este o caracteristică extrem de importantă a plasmei. Firește, putem lua ca scală de timp a separării încărcării inversul frecvenței plasmei, adică,
deoarece pentru un interval de timp, particulele fac multe oscilații în jurul poziției de echilibru, iar plasma ca întreg se va comporta ca un sistem cvasi-neutru.
Să analizăm acum scara spațială a separării încărcării. Din considerente fizice simple, este clar că trebuie să fie egală cu distanța până la care perturbarea densității particulelor încărcate se poate schimba datorită mișcării lor termice într-un timp egal cu perioada oscilațiilor plasmei. Scara spațială de separare a sarcinilor pentru o plasmă determinată în acest fel se numește raza de detecție electronică Debye și joacă un rol fundamental în fizica plasmei. Se exprimă în metri și se calculează prin formula
în care єo • 10 = 8,85 C / (B • m) - electric constant, Te și ne - respectiv de temperatură, K, și concentrația de m, electroni.
Astfel, pentru quasineutralitatea plasmei, este necesar ca dimensiunile sale L să depășească în mod semnificativ raza de screening Debye:
Numai în condiția (2.9) sistemul de particule încărcate poate fi considerat o plasmă, adică un mediu material cu noi proprietăți calitative. În caz contrar,
Încărcarea particulelor încărcate separate, la studiul căruia se aplică electrodinamica vidului.
Exemplul 2.1. Se determină lungimea Debye de screening pentru mare - ionizate cu arc de plasmă de sudare în condiții: P = 105 Pa, T = 104 K, ne = 1024 m 3.
Soluția. Înlocuind datele numerice în formula (2.8), obținem rDe
69 l / 4,40 / 1024 - 6,9 • 10 "9 m.
În acest caz, numai într-un cub de gaz cu o latură mai mică de> / 2 -6,9x1 (G9 m
11 nm este posibil să se determine diferența dintre concentrațiile de ioni și electroni. Prin urmare, putem concluziona: într-un arc de sudură la presiune atmosferică, plasma este quasineutral.
Debye screening este un concept statistic și apare numai în cazul în care un număr suficient de mare de particule sunt prezente într-un nor încărcat. Evident, dacă un nor constă doar din una sau două particule încărcate, screening-ul Debye nu este aplicabil. Folosind expresia (2.8), putem calcula numărul de particule Np> e în "sfera Debye":
Noe = "7 * 4 = 1-38 • 106 J-. (2.10)
Pentru ca o plasmă să aibă proprietăți colective, pe lângă inegalitatea (2.9), condiția
Caracteristicile specifice ale plasmei poate avea loc numai atunci când distribuția de particule încărcate în ea și nu devine câmpuri electromagnetice macroscopice neuniforme. Câmpurile electromagnetice în plasmă pot fi create și externe, sursele lor, dar este esențial ca aceste domenii influențează asupra distribuției și mișcarea particulelor încărcate în plasmă, inducând se încarcă și curenți, care, la rândul său, face POP produc câmpuri electromagnetice, schimbarea un câmp electromagnetic complet în sistem. Există un așa-numit efect autoconsistent al particulelor încărcate și câmpurilor electromagnetice unul asupra celuilalt. De fapt, așa se manifestă proprietățile colective ale plasmei.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: