Взаимодействие жидкого металла с азотом и водородом

III.4. Взаимодействие жидкого металла с азотом и водородом [c.234]

Работоспособность сварных соединений и сварных конструкций в целом во многом определяется качеством сварных швов. Вопросы надежности работы сварных конструкций в настоящее время приобретают все большее значение из-за их эксплуатации при высоких и низких температурах, в агрессивных средах, при больших рабочих напряжениях. При обработке материалов, в том числе и при сварке, практически всегда образуются различные дефекты. Вид дефектов и механизм их появления зависят от особенностей технологического процесса. При сварке плавлением образование дефектов определяется характером взаимодействия жидкого и твердого металлов, а также металлов с газами и шлаком. Жидкий металл растворяет определенное количество газов из воздуха и газообразных продуктов разложения электродного покрытия. Основными газами, влияющими на свойства металла и чаще всего присутствующими в металле, являются кислород, водород и азот. Водород физически растворяется в расплавленном металле, а кислород и азот с большим количеством металлов вступают в химическое взаимодействие. В процессе охлаждения вследствие снижения растворимости газов в металле происходит их выделение. [c.228]

При электрошлаковой сварке титана не только разогретый электрод и свариваемый металл, но и ванна жидкого металла могут насыщаться й5 воздуха кислородом, азотом и водородом. Жидкий титан настолько активно взаимодействует с указанными элементами, что даже сильное увеличение глубины шлаковой ванны над расплавленным металлом не может полностью защитить его от воздействия окружающего воздуха. Поэтому при электрошлаковой сварке титана необходимо применять дополнительную защиту ванны жидкого металла инертным газом. Наиболее приемлемая защита создается при подаче на поверхность шлаковой ванны аргона состава А. [c.304]

Взаимодействие газов с металлом при сварке в защитных газах. Пористость. Активные газы — кислород, азот и водород — при сварке могут растворяться в жидком металле в процессе нагрева и выделяться из него при охлаждении и переходить в твердый металл шва. Выделение газов из жидкого металла сварочной ванны может вызвать образование пор переход газов в металл шва, как правило, ухудшает его свойства. Механизмы взаимодействия с жидким металлом азота и водорода, с одной [c.68]

Газы в сварочную ванну попадают из пламени и окружающей атмосферы как непосредственно, так и в результате протекающих там химических реакций. Процесс растворения газов в жидком металле может быть разбит на три стадии поглощение атомов газов поверхностью металла взаимодействие этих газов с металлом поверхностных слоев диффузия образовавшихся продуктов в глубь жидкой ванны. Источниками кислорода и водорода являются воздух, электродные покрытия, флюсы, защитные газы, а также оксиды, поверхностная влага и другие загрязнения основного и присадочного металла. Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Характер взаимодействия газов с различными металлами различен. [c.211]

Процессы, протекающие в сварочной ванне. Жидкий металл сварочной ванны соприкасается с газами и шлаками, образующимися из-за окисления поверхностных слоев металла. Такие газы, как кислород и азот, поступают в ванну из воздуха. Кислород может поступать также и из газовой смеси, подаваемой горелкой. Водород попадает в основном из пламени, а также в результате взаимодействия некоторых металлов с влагой, диссоциации водяного пара или разложения углеводородов, входящих в состав различных жиров и масел, которые остались на кромках деталей при плохой очистке их перед сваркой. Газы адсорбируются (поглощаются) поверхностным слоем расплавленного металла и образуют растворы или химические соединения, которые затем проникают в глубь сварочной ванны. [c.10]

Жидкий металл содержит в растворенном состоянии углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, алюминий, водород, азот, кислород и их соединения. Все компоненты жидкого металла находятся в атомарно-ионном состоянии н обладают большой кинетической энергией колебательного и поступательного движения. При тепловом взаимодействии с формой температура жидкого металла снижается и вследствие уменьшения растворимости из металла выделяются газы, количество которых зависит от исходных материалов и режима плавки. Например, при электроплавке выделяется водорода 0,00005—0,082%, азота 0,002—0,20%, кислорода 0,0008—0,1%- [c.45]

Взаимодействие расплавленного металла в столбе дуги и сварочной ванне с кислородом и азотом воздуха ухудшают химический состав металла. Неуправляемое охлаждение приводит к нежелательным объемным и структурным изменениям, что вызывает, в свою очередь, коробление детали, трещины, нарушение термообработки и снижение прочности сварочного шва. В жидких металлах растворяется водород, который приводит к хрупкости материала. [c.250]

На свойства металла шва большое воздействие оказывают реакции водорода и азота, имеющие место при взаимодействии жидкого флюса-шлака с воздухом, с одной стороны, и с металлом —с другой [c.477]

Взаимодействие водорода, азота и сложных газов с жидки. , металлом [c.69]

Взаимодействие водорода., азота и сложных гааов с жидким металлом 81 [c.81]

Свойства металла шва в большей степени определяются процессами окисления и раскисления, которые происходят в сварочной ванне при взаимодействии газовой и шлаковой фаз с жидким металлом. В сварочной ванне в зоне высоких температур происходит распад молекул газа на атомы (диссоциация). Молекулярный азот, водород и кислород распадаются и переходят в атомарное состояние [c.211]

Одной из главных задач при сварке плавлением является предупреждение вредного воздействия воздуха на металл. Эта задача обычно решается с помощью газовой или шлаковой защиты зоны сварки. Благодаря такой защите предупреждается доступ воздуха и взаимодействие составляющих его азота и кислорода с жидким металлом. Существенную роль при сварке может также играть водород. Перечисленные газы при взаимодействии с металлом могут физически в нем растворяться или же реагировать с ним с образованием химических соединений. В первом случае металл поглощает теплоту, во втором обычно происходит выделение теплоты. Химические реакции в зависимости от растворимости в жидком металле образовавшихся соединений можно разделить на три подгруппы реакции, продукты которых хорошо растворимы в расплаве, реакции со средней их растворимостью и реакции, дающие нерастворимые соединения. [c.96]

В табл. 2-6 приведены характеристики растворимости водорода, азота и кислорода в жидких металлах при их температуре плавления.. В жидких, промышленно важных металлах, водород растворяется физически, тогда как азот и кислород преимущественно вступают с ними в химическое взаимодействие. [c.96]

Расплавленный марганец, подобно железу, растворяет углерод, образуя при этом карбиды. При температурах >330° С марганец реагирует с СО и СО2 взаимодействие начинается при более высоких температурах. Существование гидридов марганца не установлено, но твердый и жидкий марганец растворяет заметные количества водорода, электролитический марганец обычно содержит 0,015% Н. Освобожденный от водорода, обработанный в печи металл является промышленным продуктом, так как содержащие азот марганцевые сплавы используют для введения марганца и азота в специальные коррозионностойкие сплавы и стали. Кипящие концентрированные растворы едкого кали и едкого натра почти не действуют на марганец. [c.25]

Практически все защитные среды вступают во взаимодействие с жидким металлом в зоне сварки. Не только активные защитные газы (двуокись углерода, смеси аргона и гелия с кислородом или углекислым газом) и активные флюсы (шлаки), но и обычно поставляемые промышленностью газы (аргон, гелий), фторидные (бескислородные) флюсы и основные покрытия электродов содержат первые — кислород, водород, азот вторые — активные окислы и примеси серы, фосфора, водорода. [c.227]

Высокая температура сварочной дуги вызывает также диссоциацию (распад) молекул кислорода и азота в атомарное состояние. Обладая большой химической активностью, эти газы интенсивнее взаимодействуют с расплавленным металлом шва. В зоне дуги происходит распад молекул паров воды с диссоциацией молекул водорода, атомарный водород активно насыщает металл шва. Высокая температура способствует выгоранию примесей и тем самым изменяет химический состав свариваемого металла. Небольшой объем ванны расплавленного металла (при ручной сварке он составляет 0,5—1,5 см при автоматической — 24—300 см ) и интенсивный отвод теплоты в металл, окружающий ванну, не дает возможности полностью завершиться всем реакциям взаимодействия между жидким металлом, газами и расплавленным шлаком. Большие скорости нагрева и охлаждения значительно ускоряют процесс кристаллизации, приводят к образованию закалочных структур, трещин и других дефектов. Под действием теплоты происходят структурные изменения в металле околошовной зоны, которые также приводят к ослаблению сварного шва. [c.101]

Использование щелочных металлов в качестве теплоносителей связано с рядом затруднений, обусловленных их чрезвычайно высокой химической активностью при взаимодействии с водой, паром, кислородом. Технически освоены специальные способы работы с большими количествами этих металлов в вакууме или атмосфере инертного газа, способы их перекачки, очистки от примесей и т. д. По отношению к конструкционным материалам жидкие щелочные металлы характеризуются умеренной коррозионной активностью, однако примеси (кислород, углерод, азот, водород) существенно увеличивают их агрессивность. [c.259]

Общие сведения. С развитием новых отраслей техники тугоплавкие металлы и их сплавы благодаря высоким жаропрочности, коррозионной стойкости в ряде агрессивных сред и другим свойствам находят все более широкое применение. К тугоплавким металлам, использующимся для изготовления сварных конструкций, относятся металлы IV, V и VI групп периодической системы Менделеева ниобий, тантал, цирконий, ванадий, титан, молибден, вольфрам и др. Эти металлы и сплавы на их основе обладают рядом общих физико-химических и технологических свойств, основными из которых являются высокие температура плавления, химическая активность в жидком и твердом состоянии при повышенных температурах поотношению к атмосферным газам, чувствительность к термическому воздействию, склонность к охрупчиванию, к интенсивному росту зерна при нагреве выше температуры рекристаллизации. Пластичность сварных соединений тугоплавких металлов, как и самих металлов, в большей мере зависит от содержания примесей внедрения. Растворимость азота, углерода и водорода в тугоплавких металлах показана на рис. 1. Содержание примесей внедрения влияет на технологические свойства тугоплавких металлов и особенно на их свариваемость. Взаимодействие тугоплавких металлов с газами и образование окислов, гидридов и нитридов вызывают резкое охрупчивание металла. Главной задачей металлургии сварки химически активных тугоплавких металлов является обеспечение совершенной защиты металла и минимального содержания в нем вредных примесей. Применение диффузионной сварки в вакууме для соединения тугоплавких металлов и их сплавов является весьма перспективным, так как позволяет использовать наиболее совершенную защиту металла от газов и регулировать термодеформационный цикл сварки в благоприятных для металла пределах. [c.150]

Химические составы жаропрочных сплавов серий ЖСЗ и ЖС6У, ВЖЛ и сплавов для изотермической штамповки ИШВ-1, ИШВ-2 приведены в табл. 5 и 73. В процессе приготовления их в электропечах происходят следующие тепло-фи шческие и химические процессы во-первых, превращение металлической шихты в жидкий расплав - процесс плавки металла во-вторых, взаимодействие жидкого расплава с футеровкой тигля, т.е. разрушение огнеупорного материала и образование шлака в-третьих, обогащение расплавленного металла оксидами металлов и насыщение сплава газами - кислородом, азотом, водородом и поступающим атмосферным воздухом. Кроме того, вредные составляющие, поступающие с шихтой, - сера и фосфор в процессе плавки переходят в металл и образуют сульфиды и фосфиды. [c.267]

Металлургические особенности сварки характеризуются процессами плавления и кристаллизации свариваемых металлов, протекающими в сварочной ванне, во взаимодействии с газами и шлаками. Отличительными особенностями процессов сварки от металлургических процессов, протекающих в плавительных печах, являются высокая температура сварочной дуги, малый объем расплавленного металла, кратковременность пребывания металла в жидком состоянии, быстрое изменение температурного режима. В этих условиях происходит интенсивное окисление элементов металла. Высокая температура сварочной дуги вызывает диссоциацию газов, т.е. распад молекул кислорода, азота и водорода на атомы [c.35]

Таким образом, повышение растворимости газов при перегреве расплава обусловливает возникновение ряда дефектов в слитке. Растворимость кислорода, азота и водорода зависит от состава и, по-видимому, от структуры ближнего порядка жидкой стали. По вопросу о механизме растворимости газов в металлах предложено много различных гипотез. Растворимость газов связывают с электронной концентрацией в сплавах, со скоростью диффузии и степенью взаимодействия атомов газа и металла и с другими факторами. В работе [147] рассматриваются существующие теории растворимости газов в металлах. При повышении температуры, как правило, не только увеличивается растворимость газов в стали, но и усиливается взаимодействие газов с примесями (S, Р, Мп, Si и др.), а также с Fe и легирующими элементами, что способствует образованию круп-н >щ неметаллических включендй в сдитке. [c.183]

Индукционная плавка в вакууме является наиболее прогрессивной плавкой. Ее важнейшим преимуществом является возможность получения стали с минимальным содержанием кислорода, азота и водорода. Углерод, взаимодействуя с кислородом, растворенным в жидком металле, образует в металле нерастворимые окислы в виде газов (при обычном давлении). В вакууме углерод, соединяясь с кислородом, образует окислы. Этим достигаются низкое содержание углерода и высокая раскнслен-ность. [c.92]

Сварка сталей. Обычно сварку малоуглеродистой низколегированной стали осуществляют под флюсом или в СОг, но иногда оказывается целесообразным использовать сварку плавящимся электродом в среде инертных газов, например при малой толщине материала. Углеродистые стали, особенно кипящие, весьма склонны к пористости, основной причиной которой является реакция взаимодействия углерода с кислородом [С]-Ь[0]5 С0 . Окислению сварочной ванны способствуют примеси в газе в виде свободного Ог и паров НгО. Развитию пористости способствует также водород и азот, растворенные в металле шва (см. гл. XIV). Для подавления реакции окисления углерода в период кристаллизации металла шва в сварочной ванне должно содержаться достаточное количество раскислителей (51, Мп, Т1). В целях предупреждения пористости при сварке углеродистой стали целесообразно использовать присадочный материал с повышенным содержанием элементов раскислителей — Св-08ГС, Св-08Г2С и т. д. (Устранение пор при сварке углеродистых сталей может быть также достигнуто путем добавки к аргону 5% Ог, что способствует интенсивному кипению ванны жидкого металла с образованием СО до начала кристаллизации металла шва). [c.368]

При комнатной температуре поверхность титана растворяет кислород, образуется его твердый раствор в а-титане. Возникает слой насыщенного раствора, который предохраняет титан от дальнейшего окисления. Этот слой называют альфированным. При нагреве титан вступает в химическое соединение с кислородом, образуя ряд окислов от TigO до Ti02- По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки от золотисто-желтой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. По этим цветам в околошовной зоне можно судить о качестве защиты металла при сварке. С азотом титан, взаимодействуя активно при температуре более 500 °С, образует нитриды, повышающие прочность, но резко снижающие пластичность металла. Растворимость водорода в жидком титане больше, чем в стали, но с понижением температуры она резко падает, водород выделяется из раствора. При затвердевании металла это может вызвать пористость и замедленное разрушение сварных швов после сварки. Все титановые сплавы не склонны к образованию горячих трещин, но склонны к сильному укрупнению зерна в металле шва и околошовной зоны, что ухудшает свойства металла, [c.199]

Из-за высокой токсичности ВеО предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочих помещений равна 0,1 мкг/м рекомендуемая— 0,01 мкг/м . ВеО взаимодействует с фтором и фторидами при нормальной температуре, с хлором — при 800—900 °С. При взаимодей ствии с углеродом при 1900 °С ВеО восстанавливается до карбида ВегС, который легко гидролизуется влажным воздухом при 20 °С, окисляется при 1000°С и разлагается при температуре выше 2200 °С. ВеО неустойчив к воздействию расплавов стекол, паров кислот, продуктов сгорания углеводородов (жидкого и твердого топлива), серы и галогенов. ВеО восстанавливается до металла под воздействием Zr, Mg, Са, Мп, Сг, Fe, в вакууме и аргоне восстанавливается под воздействием А1. ВеО устойчив к воздействию никеля, водорода, азота, углекислого газа, сернистого газа, брома, йода и аммиака. [c.186]

Водород поглощается титаном в большом количестве. Растворимость водорода в -Ti достигает 2 % и превышает растворимость водорода в железе в тысячи и десятки тысяч раз. В отличие от реакции титана с кислородом и азотом в случае взаимодействия с водородом пленка на поверхности металла при высоких температурах не образуется. По данным В. И. Лакомского. растворимость водорода в титане при температуре плавления скачкообразно возрастает и превышает растворимость водорода в твердом титане примерно в 1.7 раза (рис. 5.11). По мере перегрева жидкого титана растворимость в нем водорода снижается. При охлаждении титана, поглотившего водород в количестве более 0,002—0,003 %, не весь водород сохраняется в твердом растворе при нормальной тем- [c.406]

В сталях вредными газами и примесями являются азот N2, водород На, кислород Оа, сера 5, фосфор Р и др. Рафинирование выполняют с помош,ью окислительно-восстано-вительных процессов. Легирование металла шва можно получить расплавлением присадочной проволоки либо введением в покрытие или флюс порошкообразных металлических добавок. При расплавлении сварочного флюса и электродного покрытия сердечника порошковой проволоки образуется шлак. В расплавленном состоянии металл и шлак предстваляют собой несмешивающиеся жидкости. Шлаки не растворяются в металлах (кроме некоторых элементов, их составляющих). Сварочные шлаки, которыми покрыт расплавленный металл, защищают его от вредного воздействия воздуха, предохраняют расплавленные капли электродного металла от воздуха при их прохождении через дуговой промежуток. Кроме того, в результате химического взаимодействия между металлом и шлаком шлак раскисляет металл сварочной ванны, растворяет вредные примеси, легирует металл шва, накапливая теплоту, замедляет охлаждение металла шва, что способствует улучшению его качества. В зависимости от элементов, составляющих шлак, его химическое воздействие на жидкий металл может быть окисляющим или раскисляющим. [c.213]

Азот взаимодействует с различными металлами не одинаково. Так, например, при сварке титана это взаимодействие в связи с образованием нитридов определяется химическими реакциями. При сварке железа и его сплавов основным процессом является физическое растворение азота в жидком металле, подобно водороду. В связи с диссоциацией части молекулярного азота, например при дуговой сварке, и образованием в газовой фазе атомарного азота (а при наличии кислорода — и закиси азота) его поглощаемость железом отклоняется (особенно при невысоких парциальных давлениях азота) от закона Сивертса [83], хотя удовлетворительного объяснения причин такого отклонения, по имеющимся литературным данным, нет. При средних значениях парциальных давлений азота его поглощаемость удовлетворительно определяется формулой типа (П. 14). [c.63]

Гиобий. По комплексу свойств ниобий — один из наиболее перспективных тугоплавких металлов, он обладает достаточно высокой прочностью и жаропрочностью, имеет высокую пластичность при комнатной и минусовых температурах (до —200° С), высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях, среднюю плотность, не взаимодействует с водой, перегретым паром и жидкими щелочными металлами (литий, калий, натрий и др.). Интенсивное окисление ниобия начинается с 500° С, взаимодействие с водородом с 200—250° С, при нагреве в среде азота нитриды образуются, начиная с 600—800° С. [c.373]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...