4. Раскисление алюминием.

Алюминий является очень сильным раскислителем, его применяют при производстве спокойных сталей. Присадки алюминия в металл позволяют полностью успокоить сталь и избежать возникновения пористости слитков и отливок вследствие окисления углерода и выделения пузырьков окиси углерода.

Раскислительная способность алюминия явилась предметом изучения многими исследователями. Они встретились с рядом трудностей, обусловленных главным образом очень малыми равновесными концентрациями алюминия и кислорода, меньшими, чем допускаемые ошибки анализа. Однако тщательно проведенные исследования ряда авторов позволили достаточно надежно определить термодинамические данные реакции раскисления алюминием. Можно, например, отметить результаты обстоятельного исследования Гоксена и Чипмана. Чистое железо они расплавляли в алундовом тигле из чистой окиси алюминия в индукционной печи при непрерывном пропускании газовой смеси водяного пара и водорода контролируемого состава. Таким образом, указанные авторы применили обычную методику для определения термодинамических данных реакций взаимодействия растворенного в металле раскислителя с водяным паром или, наоборот, продукта раскисления Al2O3 с водородом.

Комбинируя полученные данные с данными реакции взаимодействия водорода с растворенным в металле кислородом получили константу равновесия реакции раскисления алюминием:

Al2O3(тв) = 2[Al] + 3[О],

Исследования показали, что величина произведения /аг/о близка к единице и приближенное значение константы равновесия можно получить, применяя вместо активностей алюминия и кислорода их концентрации. При этом

lg КAl lg [%Al]2 [%О]3 = -64 000/Т + 20,63.

Это уравнение позволяет рассчитать раскислительную способность алюминия. Например, при 1600° С [%Al]2 [%О]3 = 3,5 Х 10-14. Следовательно, уже при содержании в металле 0,005% Al в равновесии содержится всего 0,0011% О, а при содержании 0,01% Al содержание кислорода понижается до 0,0007%. В этих условиях возможность реакции окисления углерода исключается. Описанные результаты исследований относятся к случаю образования глинозема. Однако образование Al2O3 в процессе раскисления алюминием происходит лишь при избытке алюминия в зоне протекания реакции. Как показало изучение продуктов раскисления алюминием, при избытке кислорода может происходить образование герцинита (FeO X Al2O3) или расплава FeO + Al2O3 переменного состава. Образование герцинита может быть описано реакцией:

FeO-Al2O3(тв) = [Fe] + 4 [О] + 2 [Al],

lg K = lg [%O]4 [%Al]2 = -71 730/T + 23,25,

Комплексное раскислени

Газы в сталях

1. Что называют растворимостью газов в металле? Предел растворимости.

Температурная зависимость растворимости газов в расплавах

Растворимостью называется его количество, переходящее в раствор с Ме при равновесии с газовой фазой при парциальном давлении 1 атм.

lnS=lnC+∆H_s/2RT

∆H_s=∆H_дисс+∆H_раств+∆H_взаим

∆H_s-изменение энтальпии при образовании раствора газа в Ме

В зависимости от ∆H_s растворимость повышается или понижается в зависимости от температуры.

Расворимость H в Fe

H может присутствовать в различных формах

-атомарный (расположен по междоузлиям кристаллической решетки)

-атомарный (ковалентный)

-молекулярный (расположен в микропорах и трещинах)

При Тплав в жид.железе раст-ть Н=24,5 ррm, в твердом менее 7.

Коэффициент диффузии при 25С D=7*10^-5 см/с² , что соответствует скорости проникновения 20 мин за час.

1/2Н₂(г)=│Н│ Кн=│%Н│/

Тогда, при 1873К и давлении Н₂=1атм │Н│=0,0027

Зависимость растворения водорода в жид. Fe от температуры определяется энтальпией.

Растворимость азота в железе и стали

Растворимость кислорода в железе и стали