5. Как полностью предотвратить окисление стали (0,4 %с) и ее обезуглероживание при температуре 900 °с ?

Полностью предотвратить окисление и обезуглероживание стали можно подбором защитной атмосферы. Например если выбрать атмосферу продуктов сжигания топлива CO+CO2. Чтобы сталь 0,4%С при Т=900С не окислялась нужно, чтобы концентрация СО2 < 30%. Чтобы не обезуглероживалась содержание СО<91%. Fe + CO2 = FeO + CO; Kp= (Pco)равн/(Pco2)равн = 2,2; Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO; Kp = (Pco)²_равн/(Pco2)_равн = 9,2.

6. Какую газовую атмосферу (воздух, аргон, азот, диссоциированный NH3 или водород) можно применить для нагрева титана при Т=600 °С ?

Реакции титана со многими элементами происходят только при высоких температурах. При обычных температурах химическая активность титана чрезвычайно мала и он практически не вступает в реакции. Связано это с тем, что на свежей поверхности чистого титана, как только она образуется, очень быстро появляется инертная, хорошо срастающаяся с металлом тончайшая (в несколько ангстрем (1А=10-10м) пленка диоксида титана, предохраняющая его от дальнейшего окисления. Если даже эту пленку снять, то в любой среде, содержащей кислород или другие сильные окислители (например, в азотной или хромовой кислоте), эта пленка появляется вновь, и металл, как говорят, ею «пассивируется», т. е. защищает сам себя от дальнейшего разрушения. Титан обладает высокой химической активностью при нагреве свыше 400 градусов. Кислород и азот, содержащийся в воздухе вступает с ним в реакцию, значительно ухудшающую пластичность материала, в металле образуются трещины и он становится хрупче. Водород способствует к образованию пор в титане, что приводит к трещинам. В приборостроительной практике при герметизации схем обычно заменяют воздух на гелий или аргон высокой чистоты, что вообще исключает коррозию.

7. Произвести выбор промышленной газовой атмосферы – воздух, продукты сжигания горючего газа (или мазута), диссоциированный nh3 – для нагрева выше 1000 °с, углеродистой стали х17 и х18н9.

Используя диаграммы (Фиг2а, Фиг90 и Фиг91) проведем оценку для безокислительного нагрева хромистой и хромоникелевой стали.

1. Воздух (Фиг2а): Равновесное давление диссоциации оксида железа FeO = 10^-17атм, а Cr₂O₃ = 10^-20атм, условие окисления: Ро2 > (Po2)равновесное, соответственно для безокислительного нагрева хромистой и хромоникелевой стали придется создать вакуум <10^-20атм, что меньше чем Экстремальный или космический вакуум (10^-15атм). [NiO – равновесное давление диссоциации Po2равн=10^-10] Соответственна атмосфера воздуха не подходит.

2. Продукты сжигания газа (Фиг90): видно, что для безокислительного нагрева требуется, чтобы Рсо > 10⁴*Рсо2, что мало возможно при протекании параллельных реакций: Cr₂O₃ + 3CO ↔ 2Cr + 3CO₂ (образуется диоксид углерода) и 2СО ↔ СО₂ + С (образуется диоксид углерода), так как при Т>1000 происходит интенсивное образование диоксида углерода. Следовательно атмосфера продуктов сжигания газа не подходит. [Ni восстанавливается при Pco/Pco2>10^-1]

3. Диссоциированный аммиак (Фиг91): видно, что при РН₂/РН₂О > 10³атм происходит восстановление Fe и восстановление Cr, поэтому атмосфера аммиака является восстановительной и подходит для безокислительного нагрева хромистых и хромоникелевых сталей. [Ni – восстанавливается при PH₂/PH₂O>10^-2]

4. Примечание: Никель никак не влияет на решение задачи, так как восстанавливается при более мягких условиях нежели хром и железо. Там все решает Хром, так то. Диаграмма для Никеля – Фиг93. Ничего лучше не придумал)))