Окись углерода СО в тех, или иных количествах всегда есть в газовой среде, но, будучи нерастворимой в жидком металле, непосредственной опасности для него не представляет.
И поэтому она может создавать защитную атмосферу у поверхности жидкого металла и может использоваться в качестве защитного газа.
Окись углерода присутствует в металле только как продукт химической реакции, и, будучи газом, выводится из жидкого металла.
Она образуется в самом металле при взаимодействии углерода с оксидами. В этом отношении наиболее характерна реакция между углеродом и закисью железа:
FeO + С ↔ СО + Fe.
В этой реакции находит свое проявление повышенное сродство углерода к кислороду в сравнении с железом, особенно, при высоких температурах (диаграммы на основе изменения энергии Гиббса или упругости диссоциации окислов).
Наблюдаемое при этом «кипение» металла (выделение пузырей образующейся окиси углерода) способствует удалению всех посторонних включений.
Однако, если в металле в момент его кристаллизации, нет иных раскислителей (например, Si, Мп), способных забрать на себя кислород, подменить углерод в реакции восстановления железа и подавить реакцию дальнейшего образования окиси углерода, то «кипение» сварочной ванны может продолжаться и привести к нежелательному снижению содержания углерода, а также к образованию пор в металле шва.
Растворимость, хемсорбция и влияние кислорода на свойства металла.
Растворимость, хемсорбция и влияние азота на свойства металла.
Растворимость, хемсорбция и влияние водорода на свойства металла.
Растворимость, хемсорбция и влияние окиси углерода на свойства металла.
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////\
ШЛАКОВАЯ ФАЗА
Шлаки и их назначение.
Шлаки представляют собой сплав различных оксидов и солей, который имеет пониженный по сравнению с жидким металлом удельный вес и поэтому располагается в основном на поверхности металлической ванны.
Сварочные шлаки осуществляют следующие функции:
1) защита жидкого металла от непосредственного контакта с воздухом;
2) проведение в той или иной степени процессов раскисления, легирования и рафинирования металла;
3) улучшение теплового режима сварки путем снижения скорости охлаждения металла;
4) поддержание устойчивости процесса сварки (устойчивость дугового разряда) за счет наличия легко ионизирующихся веществ;
5) обеспечение правильного формирования металла шва. (правильность – без подрезов, с оптимальным соотношением ширины и высоты валика и пр.)
Результативное выполнение всех этих функций возможно только при определенных свойствах сварочных шлаков.
Свойства шлаков.
Химические свойства шлака в значительной мере определяются степенью кислотности или обратной ей величиной — степенью основности шлака. Степенью кислотности называют отношение сумм молекулярных процентов кислотных и основных оксидов данного шлака:
Кислотные оксиды сварочных шлаков — Si02, P2O5, SO3, В203, ( CO2 - газ ) и др.; (металлы, неметаллы, амфотерные) – оксиды, способные образовывать кислоты.
Основные оксиды — FeO, MnO, NiO, СаО, BaO, MgO, Na2O, Cu20, К20 и др. (металлы) - оксиды, способные образовывать основания
Кроме этих двух групп оксидов, в шлаках могут присутствовать и амфотерные оксиды, ведущие себя с сильными кислотами как основные оксиды, а с сильными основаниями — как кислотные. К таким оксидам относятся Al203,Fe203, Cr2O3,V205, TiO2 и др.
Если степень кислотности больше единицы, шлак считается кислым, если меньше — основным.
Однако такое деление весьма условно, так как при определении величины n не учитывается активность каждого из оксидов. Возможны случаи, когда по значению n формально следует отнести шлак к кислым (n > 1), однако из-за наличия в нем слабых кислотных и сильных основных оксидов он по характеру металлургического воздействия является основным. Тем не менее, с помощью показателя степени кислотности можно ориентировочно оценить свойства шлака и его поведение при сварке.
Весьма важно при этом знать, в какой форме находятся в данном шлаке различные оксиды:
- в виде комплексных соединений (МеОосн * МеОкисл),
- в свободном, диссоциированном состоянии. (МеО)осн, (МеО)кисл
Для жидкого шлака можно написать реакцию общего вида
(МеО)осн + (МеО)кисл = (МеОосн * МеОкисл)
Знак умножения указывает на химическое образование (продукт реакции) переменного состава с константой равновесия Кс
(в числителе – концентрация продукта реакции, в знаменателе - произведение концентраций исходных продуктов)
С уменьшением температуры константа Кс равновесия реакции растет, процесс образования комплексных соединений усиливается, и концентрация свободных оксидов в шлаке уменьшается.
О силе сродства отдельных оксидов друг к другу можно судить
- по величине константы равновесия реакции, а также
- по величине теплового эффекта реакции комплексообразования (ориентировочно):
Наиболее сильными основными свойствами обладают оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: Na2O, Ca2O, слабее — амфотерные оксиды.
Примеры соединения амфотерного оксида ZnO – соединяется и кислым, и с основным оксидом:
ZnO + CaO = CaZnO2
ZnO + SiO2 = ZnSiO3
Из кислотных оксидов, встречающихся в шлаках, после Si02 наиболее сильные Ti02 и Р205.
Вообще процессы комплексообразования идут в шлаке одновременно для всех оксидов, но наиболее полно и активно они протекают при взаимодействии между сильными основными и кислотными оксидами.
Нельзя забывать, конечно, и о влиянии концентрации свободного оксида в шлаке на развитие процессов комплексообразования. При большой концентрации в шлаке слабого оксида степень его активности может заметно возрасти.
К началу затвердевания шлака отдельные его составляющие имеют форму двойных и более сложных комплексных соединений, а также находятся во взаимных растворах.