Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Влияние кислорода на свойства стали
Кислород растворяется во многих металлах, в том числе и в железе. Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взаимодействия кислорода со сталью, основой которой является железо. Железо с кислородом образует три оксида в результате следующих реакций: Из этих трех оксидов только закись железа FeOрастворима в железе и поэтому наиболее сильно влияет на его свойства в составе свариваемого металла. Остальные оксиды в железе не растворяются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных включений и легко разлагаются при высоких температурах. Установлено, что при температуре плавления железа предельная растворимость кислорода в железе составляет сотые доли процента (0,16 %), а при комнатной температуре - тысячные доли процента. Твердый раствор О2вFeназывают оксиферритом. На рис. 9.8 приведена левая часть диаграммы состояния «железо - кислород». При температуре 845 К закись FeO, находящаяся в железе вне твердого раствора, разлагается с образованием закиси-окиси: (9.16) Таким образом, при комнатной температуре кислород находится в железе как в твердом растворе Fe α (в оксиферрите), так и в виде включенийFe3О4 При сварке наблюдаются существенные отклонения от равновесной диаграммы состояния «железо - кислород». Значительный перегрев жидкого металла увеличивает растворимость кислорода более чем до 0,16 % (ветвь В-В'). В этом случае максимальная растворимость в железе определяется по уравнению (9.17) При быстром охлаждении железа может наблюдаться образование пересыщенного твердого раствора Fe α, а вне твердого раствора останется не успевшая разложиться закись железаFeO. Она войдет в состав легкоплавких ликватов, располагающихся по зонам срастания кристаллов. Наличие легирующих элементов в стали также влияет на растворимость кислорода. Наиболее сильно снижают растворимость кислорода в железе элементы углерод и кремний, которые являются самыми активными раскислителями, связывающими О2в оксиды СО иSiО2. Ввод таких элементов в металл шва относится к физико-химическим способам его защиты. Присутствие кислорода в сталях наряду с окислением железа вызывает непосредственное окисление ряда легирующих элементов, например:
(9.18) Очередность окисления элементов обратно пропорциональна их химическому потенциалу (вариант такого расчета приведен в гл. 8, см. пример 8.4). Кроме того, параллельно могут идти нежелательные обменные реакции взаимодействия легирующих элементов с закисью железа, когда окислителем выступает не свободный кислород, а связанный в оксид FeO: (9.19) Эти реакции прогнозируют по энергии Гиббса. Возможность окисления легирующих элементов устанавливают в результате термодинамических расчетов, которые приведены в гл. 8. Т аким образом, кислород в стали присутствует главным образом в виде оксидовFeO,MnO, СаО и др., в том числе в виде комплексов сSiО2, ТiО2и другими кислыми оксидами. Как правило, оксидыFeOрасполагаются по границам зерен металла в виде стекловидных игл и поэтому играют роль микронадрезов, а комплексы - в виде легкоплавких ликватов, образующих при высоких температурах жидкие прослойки, которые после затвердевания становятся хрупкими. Наличие кислорода в стали ухудшает все свойства свариваемого металла (рис. 9.9). С Увеличением содержания кисло рода резко уменьшаются пределы прочности σВи текучести σт, относительное удлинение δ и ударная вязкость KCU, причем особенно значительно снижается ударная вязкость. Наряду с этим при увеличении содержания кислорода в стали происходит следующее: уменьшается стойкость против коррозии; обнаруживается склонность к старению; при содержании кислорода более 0,08 % появляется склонность к хладно- и красноломкости; усиливается рост зерен при нагреве; ухудшается способность к обработке резанием и ковке; понижается магнитная проницаемость и увеличивается электрическое сопротивление. 9.2.2. Влияние азота на свойства стали Атомарный азот растворяется преимущественно в тех металлах, с которыми он может образовывать химические соединения -нитриды. При растворении в стали азот образует нитриды как с железом, так и с большинством примесей. С железом азот взаимодействует по эндотермическим реакциям и образует два типа нитридов: Нитрид Fe4Nсодержит 5,88 % N2, а нитридFe2N- 11,1 % N2. Для сварки большее значение имеет нитрид Fe4N, а для процессов, характеризующихся избытком азота, например для азотизации стали,-Fe2N.
В соответствии с равновесной диаграммой состояния «железо -азот» (рис. 9.10) при охлаждении сплава вначале из нитроаустенита (твердого раствора азота в Feγ) выпадает α -фаза, или нитроферрит (твердый раствор азота вFe α). После достижения температуры 865 К, отвечающей точке А 1, нитроферрит-эвтектоид распадается на механическую смесь феррита и нитрида железа. При дальнейшем уменьшении температуры в равновесных условиях предельная растворимость азота в нитроферрите снижается от 0,135 % при 865 К до 0,001 % при комнатной температуре. Это приводит к тому, что избыточный азот в видеFe4Nвыделяется из твердого раствораFe α по диффузионному механизму. Внеравновесных условиях сварки этот процесс практически не развивается, и получают сталь, пересыщенную азотом. При последующем нагреве или при вылеживании происходит медленное выделение нитридов железа. Это явление называют старением. Оно снижает пластичность стали. При нагревании выше 900 К сталей, содержащих нитриды железа, они диссоциируют. Таким образом, в железе азот может находиться в твердом растворе Fe α и в виде отдельных включений нитридов - главным образомFe4N. В результате сварки и здесь имеют место существенные отклонения от равновесной диаграммы состоянияFe- N2. Поэтому общее количество растворенного в металле азота вследствие перегрева металла может быть увеличенным. Кроме того, при повышенной скорости охлаждения металла может не закончиться процесс выпадения нитридов железа из твердого раствораFe α, который останется пересыщенным азотом. С легирующими элементами стали азот также образует нитриды, часто значительно более стойкие, чем нитриды железа. Особенно стойкими в области высоких температур являются нитриды кремния и титана. Равновесная растворимость азота в железе сильно зависит от температуры (см. рис. 9.6, б). По мере ее роста в интервале существования феррита растворимость азота увеличивается, а в интервале существования аустенита снижается вследствие снижения парциального давления азота в связи с образованием твердых нитридов по аналогии со снижением растворимости водорода в титане (см. рис. 9.7). В этом интервале кривые зависимости равновесной растворимости от температуры претерпевают скачкообразные изменения в моменты полиморфных превращений железа и при переходе его из твердого состояния в жидкое. При снижении температуры растворимость азота изменяется по тем же законам. В период кристаллизации азот, выделяющийся из металла, может вызвать порообразование. Несмотря на малую степень диссоциации азота в зоне столба дуги (см. рис. 8.9, а), а также ионизации (см. рис. 8.9, б), азот в металле шва присутствует в значительном количестве, что объясняется большим содержанием его в атмосфере и спецификой его поведения в зоне сварки. Исследования процесса насыщения металла азотом показали, что возможны следующие пути его протекания. 1. Диссоциированный азот непосредственно растворяется в
2. Диссоциированный азот образует в высокотемпературной 3. Диссоциированный азот непосредственно образует с диссо- Содержащиеся в стали нитриды азота весьма сильно влияют на ее свойства. Из рис. 9.11 следует, что с увеличением содержания азота N в металле повышаются пределы прочности (σВ) и текучести (σТ). Этим влияние азота на свойства стали принципиально отличается от влияния кислорода. Вместе с тем по аналогии с кислородом снижаются пластические свойства и особенно резко — ударная вязкость стали. Наряду с этим происходят и другие нежелательные изменения: появляется склонность металла к старению и к хладноломкости (синеломкости); увеличивается склонность к закалке; понижается магнитная проницаемость; увеличивается электрическое сопротивление металла. Итак, для углеродистых и низколегированных сталей азот -нежелательная примесь в металле шва, особенно при действии на него динамической нагрузки. При сварке легированных сталей осуществляют микролегирование азотом с целью частичной замены углерода и увеличения пластичности и прочности сталей. Азот, как и углерод, образует твердый раствор внедрения, т. е. является сильным упрочнителем, но в отличие от углерода не образует карбидов, которые при нагреве растворяются в стали. Нитриды железа более термостойки, чем Fe3C. При сварке деталей из высоколегированных сталей аустенитного класса азот вводится специально, так как он повышает устойчивость аустенита и выступает как легирующая добавка, способная заменить некоторое количество углерода и никеля. В таких сталях азот устраняет явление транскристаллизации и улучшает механические свойства, а также может вызвать и эффект упрочнения чугуна. В условиях сварки деталей из меди азот применяют в качестве инертного защитного газа, не взаимодействующего с медью.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-20; просмотров: 1140; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.140.188.16 (0.007 с.) |