Физико-химические процессы, протекающие при плавке сплавов.

В процессе приготовления сплава они постоянно находятся с газами воздуха и печной атмосферы. А так же контактируют с футеровкой печи или материалом тиглей. Для приготовления качественного сплава всегда необходимо учитывать возможность протекания тех или иных процессов и своевременно на них реагировать.

1. Нагрев и плавление Ме.

Количество тепла, необходимое на расплавление Ме и перегрев, можно рассчитать по формуле:

Q=G[C_T(T_ПЛ – Т_НАЧ) + q +С_Ж(Т_КОН – Т_ПЛ)]/τ

Q – количество тепла, необходимое для расплавления Ме массы G

q – скрытая теплота плавления

С_Т – средняя удельная теплоемкость твердого Ме

С_Ж - средняя удельная теплоемкость жидкого Ме

τ – время

По Т плавления Ме делят:

1) Легкоплавкие Т_пл до 500^ОС (Zn, Cd, Pb, Sn)

2) Ме средней Т_пл от 500^О до 1000^ОС (Mg, Al, Ca, Sb)

3) Ме с высокой Т_пл от 1000^О до 1500^ОС (Cu, Ni, Mn)

4) Тугоплавкие Т_пл выше 1500^ОС (Fe, Ti, Nb, V, Mo, Co, W)

2. Испарение Ме.

Во время плавки ряд Ме интенсивно испаряется. В результате теряются дефицитные и дорогостоящие элементы и не выдерживается химический состав. Чем выше Т, тем выше испаряемость. Испаряемость зависит не только от Т.

Скорость испарения определяется по уравнению дальтона

кг/м²сек

V – скорость испарения

К – коэффициент пропорциональности

P_a – давление насыщенного пара Ме

Р – давление над Ме при заданной Т

Р_o – общее давление над Ме

Чем больше Т, тем больше Р_а, тем больше испарение. Испарение может осуществляться по разным зависимостям:

По параболическому

По логарифмическому

По линейному

Элементы, входящие в состав сплава, имеющие низкую Т испаряемости, требуют специальной защиты.

1) не перегревать сплав без необходимости.

2) как правило нельзя применять вакуумирование.

3. Взаимодействие сплавов с газами (с которыми взаимодействуют Ме).

Газы делятся на 3 группы:

1) простые 2-х атомные газы (H₂, O₂, N₂).

2) Газы-окиси (водяной пар H₂O, CO₂, CO, NO).

3) Другие сложные газы (C_nH_m, PH₃).

Газы 1 группы всегда присутствуют в атмосфере печи, за исключением тех случаев, когда плавка ведется в вакууме или атмосфере инертных газов. Поэтому взаимодействие с H₂, O₂, N₂ происходит.

Газы 2 и 3 групп встречаются реже, однако, H₂O и CO₂ практически всегда присутствуют в атмосфере. Все Ме с этими газами образуют или растворы или хим. соединения. И те и другие нежелательны т.к. приводят к образованию дефектов в отливке.

Взаимодействие Ме с Н₂

По характеру взаимодействия с Н₂ Ме делятся на 4 группы:

1) образует с Н₂ солеобразные соединения. К этой группе относятся: Li, Na, K, Ca, Ba. Н₂ в этих Ме присутствует в виде аниона и это соединение очень активно по отношению к воздуху и воде.

2) Ме, образующие с Н₂ металлоподобные гидриды – «псевдорастворы» Ме_хН_у х,у – 1,01. относятся Ме: Zr, Ti, Ce, Nb, Mo, W, La. Эти Ме способны растворять Н₂. характер реакции экзотермический. С повышением Т растворимость падает.

Растворимость см^3/100г Ме
Т^ОС	Ti	Al
	407,4	0,001
		0,01
		1,2 при 750^OC

В отливках из Ме 2 группы может быть газовая пористость и водородная хрупкость.

3) Ме, которые образуют с Н2 газообразные гидриды, устойчивые при Т плавки. Сюда относят: Ge, Bi. У этих Ме пористости по вине водорода не наблюдается.

4) Ме, образующие с Н истинные растворы. В данном случае процесс эндотермический, т.е. с повышением Т растворимость увеличивается. К этой группе относятся: Al, Cu, Fe, Mg, Ni, Co, Cr, Ag. Растворимость Н в этих Ме зависит и от Т и от парциального давления во внешней среде.

Влияние Т описывается уравнением:

S – растворимость

k – коэффициент пропорциональности

Es – теплота растворения

e – основание натурального логарифма

зависимость растворимости от равновесного парциального давления Н₂

они связываются в одно уравнение:

А, В – табличные величины для конкретного Ме.

Растворимость Н₂ в Ме с повышением Т увеличивается и существенно зависит от агрегатного состояния Ме. В жидком Ме растворимость больше, чем в твердом состоянии при той же Т.

РИС. 3

Переход Ме из жидкого в твердое состояние сопровождается обратным процессом, т.е. выделением Н₂ из расплава. Он может выделяться диффузным путем в виде атомов и в виде пузырьков. При выделении пузырьков образуется пористость в отливке.

Дата добавления: 2015-08-17