Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Теория сварочных процессов моделирование физико-химических процессо

..pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
3.3 Mб
Скачать

Листинг решения задания 3 в Mathcad 11

Состав стали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%C := 0 17 %Si := 0 2

%Mn := 0 6 %O_1823:= 0 0018

%O_1923:= 0 0033 %O_2040:= 0 0043

%O_1873:= 0 0028

 

 

%Fe := 100 %C %Si %Mn %O_1873

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав шлака

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiO2 := 35

%MnO := 15

%SiO2:= 22

 

%CaO := 19

%FeO := 1 %Al2O3 := 6

 

%MgO := 2

 

 

 

 

 

 

 

Пересчет содержания компонентов в мольные доли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%Mn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_C :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%C

 

%Si

 

%Mn

 

%O_1873 +

%Fe

X_C = 7 867× 10

X_Mn :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

+

 

%C

+

%Si

+

%Mn

+

%O_1873

+

%Fe

 

 

 

12

 

28

 

55

 

16

 

56

 

 

 

 

 

 

12

28

55

16

56

 

 

 

 

 

 

 

 

%Si

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_Mn = 6 058× 103

X_Si :=

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

X_Si = 3 967× 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%C

+

%Si

+

%Mn

+

%O_1873

+

%Fe

 

 

 

 

 

 

 

 

%O_1873

 

 

 

 

 

 

12

 

28

 

55

 

16

 

56

 

 

 

 

X_O :=

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%Fe

 

 

 

 

 

 

 

 

%C +

%Si

+

%Mn

+

%O_1873 +

%Fe

X_Fe :=

 

 

 

 

56

 

 

 

 

 

X_Fe = 0 982

 

 

12

 

28

 

 

55

 

16

 

56

 

%C

+

%Si

+

%Mn

+

%O_1873

+

%Fe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_O = 9 718× 105

 

 

 

12

 

28

 

55

 

16

 

56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Молекулярные массы элементов, содержащихся в шлаке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A_TiO2 := 80

A_MnO := 71

A_SiO2 := 60 A_CaO := 56 A_Al2O3 := 102

A_MgO := 40

 

A_FeO := 72

 

 

 

Пересчет содержания компонентов шлака в мольные доли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

X_TiO2 :=

 

 

 

 

 

 

 

A_TiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiO2

+

%MnO

+

%SiO2

+

 

%CaO

+

%Al2O3

+

%MgO

+

%FeO

 

 

 

A_TiO2

 

A_MnO

 

A_SiO2

 

A_CaO

 

 

A_Al2O3

 

A_MgO

 

A_FeO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%MnO

 

 

 

 

 

 

 

 

X_MnO :=

 

 

 

 

 

 

 

A_MnO

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiO2

+

%MnO

+

%SiO2

+

 

%CaO

+

%Al2O3

+

%MgO

+

%FeO

 

 

 

A_TiO2

 

A_MnO

 

A_SiO2

 

 

A_CaO

 

 

A_Al2O3

 

A_MgO

 

A_FeO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%SiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

X_SiO2:=

 

 

 

 

 

 

 

 

A_SiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiO2

+

%MnO

+

%SiO2

+

 

%CaO

+

%Al2O3

+

%MgO

+

%FeO

 

 

 

A_TiO2

 

A_MnO

 

A_SiO2

 

A_CaO

 

 

A_Al2O3

 

A_MgO

 

A_FeO

 

X_TiO2 = 0 296

log( X_TiO2) = −0 529

X_MnO = 0 143

X_SiO2 = 0 248

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%CaO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_CaO :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A_CaO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_CaO = 0 23

 

 

%TiO2

+

 

%MnO

+

%SiO2

+

 

%CaO +

 

%Al2O3 +

%MgO

+

%FeO

 

 

A_TiO2

 

 

 

A_MnO

 

A_SiO2

 

 

A_CaO

 

A_Al2O3 A_MgO

 

A_FeO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%Al2O3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_Al2O3 :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A_Al2O3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_Al2O3 = 0 04

 

%TiO2

 

+

%MnO

+

%SiO2

 

+

%CaO

 

+

%Al2O3

+

%MgO

+

%FeO

 

 

 

 

A_TiO2

 

 

A_MnO

 

A_SiO2

 

A_CaO

 

 

 

A_Al2O3

 

A_MgO

 

A_FeO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%MgO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_MgO :=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A_MgO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X_MgO = 0 034

 

 

%TiO2

 

+

 

%MnO

+

%SiO2

 

+

 

%CaO

+

 

%Al2O3 +

%MgO

+

%FeO

 

 

 

A_TiO2

 

 

 

 

A_MnO

 

 

A_SiO2

 

 

 

 

A_CaO

 

 

 

A_Al2O3

 

A_MgO

 

 

A_FeO

 

71

Стр. 71

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

 

 

 

 

 

 

%FeO

 

 

 

 

 

 

 

 

X_FeO :=

 

 

 

 

 

A_FeO

 

 

 

 

 

 

 

103

%TiO2

 

+

%MnO

+ %SiO2 +

%CaO

+ %Al2O3

+

 

%MgO

+

%FeO

X_FeO = 9 401×

 

A_TiO2

 

A_MnO

A_SiO2

A_CaO

A_Al2O3

 

A_MgO

 

A_FeO

log( X_FeO) = −2 027

Расчет γ_ Ti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Справочные данные (см. табл. П.5, П 6) для 1873 К

T := 1.. 3000

 

 

 

 

 

 

γ_O_Ti := 0 037

ε_C_Ti := −0 725 ε_Mn_Ti := 0

ε_O_Ti := −1 8

ε_Si_Ti := 0 ε_Ti_Ti := 0 013

 

γ_Ti_1873:= exp(ln(γ_O_Ti) + ε_C_Ti X_C + ε_Mn_Ti X_Mn + ε_O_Ti X_O)

ln(γ_Ti_1873) = −3 303

1873

ln(γ_Ti_1873)

 

 

(

)

 

γ_TiT := exp

 

log

= −1 434

T

 

 

 

γ_Ti_1873

 

 

 

 

 

ln(γ_Ti2100) = −2 946

 

 

 

 

 

log(γ_Ti2100) = −1 279

 

Расчет lg (γ) оксидов Ti и Fe в шлаке

 

 

 

 

 

 

 

Энергии смещения (Q, ккал) из табл. П.7:

 

 

 

 

 

 

Q_CaO_Al2O3:= 3 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q_MnO_TiO2 := 0

Q_SiO2_TiO2:= 0

Q_CaO_TiO2:= 19 5

Q_Al2O3_TiO2:= 5 3

Q_MgO_TiO2 := 6 4

Q_FeO_TiO2 := 6 35

 

Q_CaO_FeO := 0

Q_Al2O3_FeO := 12 9

Q_CaO_MgO := 0

 

Q_Al2O3_MgO := 0

Q_MnO_SiO2 := 10

Q_MnO_CaO := 0

Q_MnO_Al2O3 := 7 7

Q_MnO_MgO := 0

Q_MnO_FeO := 0

Q_SiO2_CaO:= 23 1

Q_SiO2_Al2O3:= 18 7 Q_SiO2_MgO := 29

Q_SiO2_FeO := 8 7

 

Q_MgO_FeO := 0

T := 10.. 3000 R := 8 31 i := 1.. 21

 

 

 

 

 

 

 

 

X1 := X_MnO Q_MnO_TiO2

X7 := X_SiO2 Q_MnO_SiO2

X13

:= X_Al2O3 Q_SiO2_Al2O3 X19 := X_MgO Q_Al2O3_MgO

X2 := X_SiO2 Q_SiO2_TiO2

X8 := X_CaO Q_MnO_CaO

X14

:= X_MgO Q_SiO2_MgO X20 := X_FeO Q_Al2O3_FeO

X3 := X_CaO Q_CaO_TiO2

X9 := X_Al2O3 Q_MnO_Al2O3 X15

:= X_FeO Q_SiO2_FeO

X21 := X_FeO Q_MgO_FeO

X4 := X_Al2O3 Q_Al2O3_TiO2 X10 := X_MgO Q_MnO_MgO

X16

 

 

 

:= X_Al2O3 Q_CaO_Al2O3

X5 := X_MgO Q_MgO_TiO2

X11 := X_FeO Q_MnO_FeO

X17

:= X_MgO Q_CaO_MgO

X6 := X_FeO Q_FeO_TiO2

X12 := X_CaO Q_SiO2_CaO

X18

:= X_FeO Q_CaO_FeO

 

 

6

 

 

 

11

 

 

15

 

18

 

20

 

 

Y1:= Xi

Y2:=

Xi

Y3:= Xi

Y4:=

 

Xi

Y5:= Xi

 

i = 1

 

 

i = 7

 

 

i = 12

 

i = 16

i = 19

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ_TiO2T := exp

 

 

 

(Y1 X_MnO Y2 X_SiO2 Y3 X_CaO Y4 X_Al2O3 Y5 X_MgO X21)

 

 

 

1 987 T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log(γ_TiO21873) = 0 322

 

 

Z1

:= X_SiO2 Q_SiO2_FeO

Z5

:= X_CaO Q_CaO_TiO2

Z2

:= X_TiO2 Q_FeO_TiO2

Z6

:= X_MgO Q_MgO_TiO2

Z3

:= X_Al2O3 Q_Al2O3_FeO

Z7

:= X_Al2O3 Q_MnO_Al2O3

Z4

:= X_Al2O3 Q_Al2O3_TiO2

Z8

:= X_SiO2 Q_MnO_SiO2

i := 1.. 13

 

 

Z9 := X_Al2O3 Q_SiO2_Al2O3

Z10 := X_CaO Q_SiO2_CaO

Z11 := X_MnO Q_MnO_SiO2

Z12 := X_TiO2 Q_CaO_TiO2

Z13 := X_Al2O3 Q_CaO_Al2O3

 

1000

 

3

 

 

6

8

11

13

 

γ_FeOT := exp

 

 

Zi

 

X_TiO2

Zi X_MnO

Zi X_SiO2

Zi X_CaO

Zi

 

 

1 987 T

 

 

 

i = 4

i = 7

i = 9

 

 

 

 

i = 1

 

 

i = 12

log(γ_FeO1873) = −0 06

72

Стр. 72

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

TiO2, ж := Tiж + O2

G1T := 884665151 1 T

[ табл. П. 3]

 

 

1

 

 

[ табл. П. 3]

 

 

 

 

 

Feж + 2

O2 := FeOж

G2T := −239827+ 49 5 T

 

GT := G1T + 2 G2T

Расчет содержания Ti в стали Ст.3, равновесной с заданным шлаком (рисунок)

T := 10.. 3000

 

GT

+ log(γ_TiO2T)+ log(X_TiO2)log(γ_TiT)2 log(γ_FeOT)2 log(X_FeO)

 

 

 

X_Ti := 102 3 R T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 X_TiT 48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiT :=

X_Fe 56

 

 

%Ti1873 = 0 057

 

%Ti2100 = 0 596

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%TiT

0 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

 

1600

T

Рис. Температурная зависимость содержания Ti в стали Ст.3 при легировании через шлак

73

Стр. 73

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

4. Расчет кинетики роста модифицирующих частиц карбонитридных фаз титана в сварном шве

Задание 4

Разработать математическую модель кинетики роста модифицирующих частиц в металле сварного шва с учетом условий кристаллизации при сварки. Оценить на основе разработанной кинетической модели размер модифицирующих включений.

Варианты заданий

Вари-

Химический состав металла сварного шва

Модифици-

Интервал

ант

 

рующие

температур,

 

 

частицы

К

1

0,1 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,009 % Ti,

TiC

1000–700

 

0,02 % N, 0,00005 % O

 

1000–700

2

0,2 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,03 % Ti,

TiC

 

0,02 % N, 0,00005 % O

 

1100–800

3

0,2 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,03 % Ti,

TiN

 

0,02 % N, 0,00005 % O

 

1000–700

4

0,3 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,1 % Ti, 0,02

TiC

 

% N, 0,00005 % O

 

1100–800

5

0,2 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,1 % Ti, 0,03

TiN

 

% N, 0,00005 % O

 

1000–700

6

0,2 % С, 0,6 % Mn, 0,2 % Si, 0,1 % Ti, 0,02

TiC

 

% N, 0,00005 % O

 

1100–800

7

0,2 % С, 1 % Mn, 0,2 % Si, 0,1 % Ti, 0,03

TiN

 

% N, 0,00005 % O

 

1000–700

8

0,3 % С, 1 % Mn, 0,5 % Si, 0,1 % Ti, 0,03

TiC

 

% N, 0,00005 % O

 

 

Алгоритм расчета описан в разделе 2.7. Необходимые данные для

расчета

произведения

растворимости

lg[%Ti][%N] = lg L

 

 

 

TiN

eNi [%i] eTii [%i] для карбидов и нитридов приведены в табл. П.9.

(Например, для нитрида титана lg LTiN = –15660/T + 4,24.)

Параметры взаимодействия компонентов в стали приведены в табл. П.8.

εij = (Aj / 0,2425)eij

Воспользуйтесь листингом решения данного примера в Mathcad 11.

74

Стр. 74

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Листинг решения задания 4 в Mathcad 11

Задание

1.Разработать математическую модель кинетики роста модифицирующих частиц в металле сварного шва с учетом условий кристаллизации при сварке;

2.Оценить на основе разработанной кинетической модели размер модифицирующих включений

Исходные данные

Модифицирующая частица: TiС Химический состав металла сварного шва:

%N := 0.02

 

 

%Ti := 0.1

 

%Mn := 0.6

%C := 0.3

 

%Si := 0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атомные массы карбидообразующих элементов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AN := 14

 

 

ATi := 49

AMn := 55

 

 

AC := 12

ASi := 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интервал температур

 

Произведение растворимости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

800

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.564

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T :=

1000

 

 

LgLTiC:=

10475 + 5.53

 

 

 

 

 

 

 

 

6.109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1100

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

LgLTiC = −4.945

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.993

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.199

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры и коэффициенты взаимодействия компонентов в стали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εCC :=

5070

2.79

 

 

19650 9.07

εCTi := 103100

 

 

 

εCMn := 4930

 

εCSi := 55930

 

 

 

 

T

 

εCN :=

+ 42.4

 

+ 53.7

 

 

3.548

 

 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

6.162

 

 

15.492

 

 

 

16.212

 

 

 

 

 

 

86.475

 

 

 

 

 

 

2.843

 

 

 

5.478

 

 

 

 

12.763

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.444

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72.156

 

 

 

εCC =

 

2.28

εCMn = −4.93

 

εCN = 10.58

 

 

εCSi =

2.23

 

 

εCTi =

60.7

 

 

 

 

 

 

1.819

 

 

 

 

 

 

 

 

8.794

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.855

 

 

 

 

 

 

 

51.327

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.482

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.435

 

 

4.108

 

 

 

7.305

 

 

 

7.092

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43.517

 

 

 

eCC := 0.2425

εCC

eCMn := 0.2425

εCMn

eCC := 0.2425

εCN

eCSi := 0.2425

εCSi

 

eCTi := 0.2425

εCTi

AC

 

AMn

 

AN

 

 

 

 

ASi

 

ATi

 

 

0.268

 

 

 

0.027

 

 

 

 

0.268

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.428

 

 

 

 

 

0.14

 

 

 

 

 

 

0.221

 

 

 

 

0.024

 

 

 

 

0.221

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.357

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.073

 

 

 

eCC = 0.183

eCMn =

 

0.022

 

eCC =

0.183

eCTi =

0.3

 

 

eCSi = −0.019

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.254

 

 

 

 

 

 

 

0.025

 

 

 

 

 

 

0.152

 

 

 

 

0.02

 

 

 

 

0.152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.127

 

 

 

0.018

 

 

 

 

0.127

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.215

 

 

 

 

 

0.061

 

 

 

 

i := 0.. 4

 

В условие термодинамического равновесия на границе TiС - аустенит входит выражение

 

произведения растворимости LgLTiCi для аустенита тройной системы Ti-С-Fe и сумма

 

произведений параметров взаимодействия на процент легирующего для всех остальных

 

компонентов

7 56

 

75

Стр. 75

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

i := 0.. 4

Lg%Ti%Ci := LgLTiCi (eCCi %C + eCMni %Mn + eCCi %N + eCSii %Si + eCTii %Ti)

 

 

 

 

 

 

 

Lg%Ti%C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.562

 

%Ti%Ci := 10

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

2.739× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.115

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.677× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

Lg%Ti%C =

4.957

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%Ti%C =

1.105× 105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.009

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.791× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.032× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

at%Ti=at%C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[%Timac.][%Cmac.]=F(T)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XC := 0.0002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i := 0.. 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Given

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 XC

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

100 XC

 

 

49

 

 

 

 

 

 

%Ti%C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.02 12 +

99.98 56

 

 

 

(0.1 49 + 99.9 56)

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построим уравнение регресии для равновесной концентрации титана Up

 

 

 

ax

:= Minerr( XC)

 

 

 

 

 

 

 

 

3.821× 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.023× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax =

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.675× 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.023

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T3 := T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.057

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HB := ax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H(T

, α

)

:=

0.0004

+

 

 

 

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.00000001exp (

) T 0.01

 

 

 

 

 

 

HR(α) := (HBi H(Ti, α))2

 

α := 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

Given

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HR(α)

 

 

 

0 ax := Minerr(α)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t := 700, 775.. 1300

 

ax = 1.298

 

 

 

 

 

 

 

 

h(t) := 0.0004+ 0.00000001exp[(ax) t 0.01]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 06

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HR(ax)

= 2.355× 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 045

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HBi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h(t)

 

0 03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 015

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 .10

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

775

850

925

1000

1075

1150

1225

1300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

Ti , t

76

Стр. 76

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

i := 0.. 10

 

 

 

 

 

 

T1i := T0 + 50 i

 

 

S0 := 0

Uv := 50

 

Определяем равновесную концентрацию титана Up на границе с включением.

Уравнение регрессии для расчета Up выглядит

 

 

Up(T1) := 0.0004+ 0.00000001exp[(1.298) T1 0.01]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

261000

 

 

 

 

 

D(T4) := 68 104 e 8.31 T4

0.2

 

 

 

 

 

 

Up(T1i)

 

 

 

 

Up(T1

) = 7.234× 104

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

800

900

1000

1100

1200

1300

 

 

 

 

T1i

 

 

 

Равновесная концентрация титана Up на границе с включением

 

U0 := Up(T0)

 

 

 

 

 

 

s := 0.. 10

 

 

 

 

 

 

T2s := 980 10 s

 

 

 

 

 

 

Up(T2) := 0.0004+ 0.00000001exp[(1.298) T2 0.01]

 

 

 

Уравнение распределения концентрации растворенного вещества в

 

полубесконечной матрице в случае образования включения имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x S0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

erf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x, t, k, T2, U0) := U0 + (Up(T2) U0)

 

 

 

2

D(T2) t

 

 

1 erf

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D(T2)

 

 

 

 

Константаk находится из условия баланса масс

 

 

 

 

k := 0.00000000002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Given

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

2

 

 

 

 

 

(

Up T2

U0

 

k

 

D(T2s)

 

(

s)

)

π k 1

erf

 

 

exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Up(T2s) 0.0001Uv

 

 

 

 

 

 

D(T2s)

 

D(T2s)

 

 

Ks := Minerr(k)

77

Стр. 77

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Расчет ведем шаговым методом, условно считая процесс охлаждения дискретным.

 

Значения U0 для каждого последующего шага задаются конечными значениями U(x) на

предыдущем шаге. Шаг по температуре равен 10К. Время нахождения металла шва в

выбранном температурном интервале 10К определяют по термическому циклу сварки(рис. 1)

(ТЦС), рассчитанному по выражению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q := 3500

λ1 := 33

c1 := 730

 

ρ1 := 7800

L := 0.015

i := 0.. 150

a1 :=

λ1

V :=

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1 ρ1

3600

xi := 0.01 0.001 i

z := 0

 

t0 := 0.2

t := 80 y1 := 0.004

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

1

 

 

 

 

5

(z + 2 n L)

2

 

 

T1i :=

 

 

 

 

(xi + V τ)

 

(y1)

 

 

 

 

 

 

 

exp

4 a1 τ

 

exp

4 a1 τ

 

 

dτ

 

 

4 c1 ρ1 (π a1)3

 

τ3

 

 

n = − 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 :=

0.05 + 0.001 i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

980

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

970

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

960

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

950

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

940

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T1i

930

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

920

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

910

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

890

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

880

 

12 99

13 03

13 07

13 11

13 15

 

13 19

13 23

13 27

13 31

13 35

 

 

12 95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Термический цикл сварки

 

 

 

 

 

j := 0.. 10000

xj := 0.00000000001j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 erf

 

(x S0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x, t, k, T2) := U0 + (Up(T2) U0)

 

2 D(T2)

t

 

 

 

 

1

erf

k

 

 

 

 

f := 0.. 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D(T2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0 := 0.001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 erf

 

(x S0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x, t, k, T2, U0) := U0 + (Up(T2) U0)

 

 

2 D(T2) t

 

1 erf

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D(T2)

78

Стр. 78

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Результаты расчета графически представлены на рис. 2.

0.0035

U(xj , 0.05, K1, T21, Up(T22))

U(xj , 0.06, K2, T22, Up(T23))

U(xj , 0.09, K5, T25, Up(T24)) 0.003

U(xj , 0.1, K6, T26, Up(T25))

U(xj , 0.2, K7, T27, Up(T26))

U(xj , 0.3, K8, T28, Up(T27))

U(xj , 0.4, K9, T29, Up(T28)) 0.0025

Up(T21)

Up(T22)

 

 

Up(

T25)

0.002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Up(

T26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Up(

T27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Up(

T28)

0.0015

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Up(

T29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 .10

 

9

1 .10

 

8

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xj

 

Рис. 2.

Распределение концентрации

 

титана в диффузионной области

у границы растущей частицы карбида титана для интеравала температур 890– 980 К: U0 – начальная концентрация титана (в матрице); UPT – равновесная

концентрация титана для температуры Т; U(x, τ, k, T) – распределение концентрации титана по глубине диффузионной зоны х для времени τ(с), константы k и температуры Т; х – расстояние от межфазной границы (м)

79

Стр. 79

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Приведите классификацию физико-химических процессов при

сварке.

2.В чем заключаются особенности протекания физико-химических процессовприсварке?

3.По каким количественным показателям можно прогнозировать ход физико-химических реакций?

4.Что показывает знак при значении изобарно-изотермического потенциал Гиббса (энергии Гиббса)?

5.Что такое теплоемкость Ср?

6.Какой смысл имеет энтальпия Н теплосодержание вещества?

7. Что показывает энтропийный фактор S?

8.Приведите математическое выражение формулы Улиха.

9.Что такое константа равновесия?

10.Приведите выражение для температурной зависимости Кр по уравнению Вант-Гоффа.

11.Что называется коэффициентом активности по Генри?

12.Как взаимосвязаны γi коэффициент активности элемента i в

разбавленном растворе и εij параметр взаимодействия.

13.Основнойпостулатхимическойкинетики(закон действиямасс).

14.Что такое порядок реакции?

15.Приведите выражение взаимосвязи скорости раекции с концентрацией исходных веществ для реакций первого и второго порядка.

16.Зависит ли скорость реакции от температуры?

17.Чему равен диффузионный поток в направлении х (полное выражение)

18.Приведитематематическое выражение для первогозакона Фика.

19.Приведитематематическое выражение для второго закона Фика.

20.Уравнение Стокса для коэффициентов диффузии в жидкостях .

21.Зависимость коэффициента диффузии от температуры (уравнение Аррениуса).

22.Что называется модифицированием структуры?

23.Как действуют модификаторы 1 и 2-го рода?

24.Что такое рациональная температура выделения модифицирующей фазы?

80

Стр. 80

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)