Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Теория сварочных процессов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

10.02 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 2724 25 26 27 > Следующая >>>

MnCO3			−894		85,77	81,5
Mo			0		28,58	23,75
MoO3			−755,00		78,21	73,65
Li2CO3			−125,87		90,37	97,40
Na2CO3			−1129,00		136,00	110,00
N			474,6		153,20	20,79
N2		Газовая фаза	0		191,50	29,10
N2O			81,55		220,00	38,71
NiS			−92,88		67,36	54,68
Ni		Кристаллическая фаза	0		29,86	26,05
NiO			−239,7		38,07	44,27
					Окончание табл. 1

Вещество		Состояние	∆H 2980 ,		∆S2980 ,		∆Cp2980 ,
			кДж/моль	Дж/(моль К)			Дж/(моль К)
NO2	Газовая фаза		33,87		240,45		37,11
NO	Газовая фаза		90,37		210,62		29,83
N2O4			9,37		304,3		78,99
Nb			0		36,61		16,92
NbO	Кристаллическая фаза		−399,57		48,12		26,47
Nb2O3			−1903,72		137,23		126,86
O			249,18		160,95		21,90
O2	Газовая фаза		0		205,03		29,36
OH			38,96		183,64		29,89
Si	Кристаллическая фаза		0		18,72		19,80
SiF4	Газовая фаза		−1548,0		281,60		73,37
SiO2			−859,3		42,09		44,48
Ti			0		30,66		25,00
TiO2	Кристаллическая фаза		−943,9		50,23		56,44
Zn	Кристаллическая фаза		0		38,90		25,15
ZnS			−201		57,7		46,02
ZnO2			−1094,0		50,32		56,04
ZnCO3			−810,7		82,4		80,18
V	Кристаллическая фаза		0		29,29		24,49

231

V2O3			−1230,10		98,32	103,96
V2O5			−1561,7		131,05	129,80
VC			−104,6		24,9		−
W			0		32,76	24,80
WC				−44,0	35,0		−
WO2			−562,75		62,76	54,36
W2C				−29,0	81,6		−
WO3			−836,80		83,26	81,56
ZrO2			−1094		50,32	56,04
ZrC			−206,7		33,3		−
TaC			−141,8		42,3		−
UO2			−1084,5		77,95	63,76
							Таблица 2
	Значения функции М0 в формуле Улиха

Т, К	М0	Т, К		М0	Т, К		М0
298	0,000	1200		0,6409	3500		1,5481
350	0,0122	1400		0,7596	4000		1,6710
400	0,0392	1600		0,8665	4500		1,7805
500	0,1133	1800		0,9636	5000		1,8792
600	0,1962	1900		1,0089	5500		1,9691
700	0,2794	2000		1,0524	6000		2,0561
800	0,3597	2100		1,0941	6500		2,1278
900	0,4361	2200		1,1341	7000		2,1987
1000	0,5083	2500		1,2457	7500		2,2648
1100	0,5765	3000		1,4082	8000		2,3269

232

ЗАДАНИЕ 2

Устойчивость химических соединений в условиях различных сварочных атмосфер

Задание. Рассчитать равновесное парциальное давление кислорода (упругость диссоциации) оксида при 500–3000 К согласно варианту задания и сделать выводы об устойчивости оксида в условиях различных сварочных атмосфер.

Варианты задания 2:

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
Оксид	FeO	NiO	Cu2O	CuO	MnO	SiO2	Al2O3	MqO

Вариант	9	10	11	12	13	14	15	16
Оксид	TiO	TiO2	Cr2O3	CaO	WO2	MoO2	VO	ZrO2

Порядок проведения расчета:

1. Рассчитать упругость диссоциации оксида Ме в интервале 500…3000 К. Результаты представить в виде таблицы и графика lg (PO2, атм) = f (T(К)).

2.Определить возможность очистки поверхности металла (Ме) от оксида этого металла путем нагрева до 500…3000 К в вакууме 10–2

и10–5 мм рт. ст. и указать температуру, выше которой такая очистка возможна. (Принять PO2 = 0,21 Рвак).

3.Определить возможность образования оксида Ме в ацетиленокислородном пламени. Принять:

для окислительного пламени lg (PO2, атм) = −2…−8; для нейтрального − lg (PO2, атм) = −8…−11,5;

для науглероживающего − lg (PO2, атм) = −11,5…−17.

233

4. Оценить возможность образования оксида Ме при сварке покрытым электродом [принять lg (PO2, атм) = −2…−4] и при аргоно-

дуговой сварке [lg (PO2, атм) = −5…−6].

Пример решения задания (вариант 12):

1. Рассчитываем упругость диссоциации СаО. Реакция диссоциации СаО:

CaO = Ca + 0,5O2 .

(1)

0,5

aCa

Константа равновесия:

K p

aO2

Если СаО и Са − чистые

aCaO

вещества, то их активность равна 1. О2 − газ, т.е. aO

≈ РO

, атм.

= P0,5

Следовательно

p1.1

∆G 0

= −RT ln K

T1.1

= −(RT ln PO2 ) 0,5, откуда, переходя к lg, получим

lg (PO2

,атм)=

−∆G 0

1.1

2,3 R T

0,5

или при ∆G 0

в Дж

(т.е.

R =

8,31

Дж/К моль),

с учетом ∆G 0

T 1.1

= −∆G 0

, имеем

T обр.CaO

lg (PO2

,атм)=

∆G 0

T обр.CaO

(2)

2,3 8,31 T 0,5

9,56 T

По табл. 3:

∆GT0

при Т = 298…1123 К

обр.CaO = −151300 + 24,54 Т (кал/моль);

при Т = 1123…1765 К

∆GT0

обр.CaO = −153300 + 26,32 Т (кал/моль);

при Т = 1765…2860 К

∆GT0

обр.CaO = −186660 + 45,22 Т (кал/моль).

Путем перевода ∆G 0 в джоули получим:

при Т = 298…1123 К

∆GT0

обр.CaO = −633039 + 106,86 Т (Дж);

(3)

при Т = 1123…1765 К

∆GT0

обр.CaO = −641407 + 110,12 Т (Дж);

(4)

при Т = 1765…2860 К

∆GT0

обр.CaO = −780985 + 189,20 Т (Дж).

(5)

234

Подставляя Т (500…3000 К) в соответствующие уравнения (3)–(5), находим ∆GT0 обр.CaO и затем по уравнению (2) вычисляем lg (PO2 , атм) . Результаты представлены в таблице:

Т, К	∆GTo	обр.CaO , Дж/моль	lg (PO2 ,атм)	PO2 , атм
500		−579609	−121,256	0,55 10−122
1123		−517742	−48,225	5,95 10−49
1765		−447047	−26,494	3,20 10−27
2860		−239873	−8,773	1,68 10−9

2. Определяем возможность диссоциации СаО в заданной атмосфере.

Наносим на оси координат (см. рисунок) рассчитанные значения lg (PO2 ,атм) для оксида кальция, это будет PO2 факт .

Рис. Упругость диссоциации CaO [lg(PO2, атм)]

Также наносим заданные значения lg(PO2 , атм) для различных вакуумных сред, это соответствует PO2 равн.

Если lg PO2факт более отрицателен, чем lg PO2 равн, то оксид устойчив, т.е. на поверхности металла образуется его оксид. Если lg PO2факт

235

менее отрицателен, чем lg PO2 равн, то оксид диссоциирует, т.е. поверхность металла можно чистить от оксида.

Вывод – очистить Са от оксида в вакууме 10−5 мм рт. ст. возможно

при Т > 2870 К, в вакууме 10−2 мм рт. ст. при Т > 3000 К. При меньших Т в заданных условиях Са будет окисляться.

3. Возможность окисления Са в других заданных атмосферах определяем также графически, путем нанесения заданных значений

lg(PO2 , атм) на рисунок.

Образование оксида Са на металлическом Са возможно:

вокислительном пламени при Т < 2900…3000 К;

внейтральном – при Т < 2700…2900 К;

внауглероживающем – при Т < 2350…2700 К.

4. При Т ≤ 2300 К в условиях аргоно-дуговой сварки и сварки покрытым электродом СаО устойчив, т.е. Са будет окисляться в твердом и жидком состояниях.

Таблица 3

Стандартная энергия Гиббса образования соединений из элементов (∆GT0 = A + BT , Дж/моль) при температурах 1800−2000 К

Соединение	А	В	Соединение	А	В
		Карбиды
Al4C3	− 258000	97	Mn7C3	− 66100	− 58
B4C	− 69500	9	Mo2C	+ 66100	− 110
CaC2	− 213000	61	MoC	+ 40600	− 59
Cr23C6	− 380800	− 37	SiC	−123000	+ 38
Cr7C3	− 168000	− 30	Ta2C	− 142300	5,5
Cr3C2	− 84400	− 15	TaC	− 161000	5,5
C2H2(Г)	220000	−50,8	TiC	− 179000	15
CH4(Г)	− 88400	108,5	ZrC	− 200000	12
Fe3C(β) [15]	− 39860	17,52	Mn7C3 [15]*	−66370	−57,03
		Нитриды
AlN	−330000	117	CrN	− 113600	73
BN	− 248000	86	NH3(Г)	−55800	117,6
Be3N2	− 604000	196	Mg3N2(γ)	−855000	504
Ca3N2(ж)	− 918400	490	Mo2N	− 71550	58

236

Cr2N	− 115000	64	Si3N4	− 922000	457
TaN	− 234700	79	VN	− 207500	78
TIN	−334500	93	ZrN	−360200	90
		Оксиды
Al2O3(α)	− 1681000	324	MgO	− 729000	204
B2O3	− 1220000	204	MgO(Г)	− 99000	23,9
BaO	− 555000	101	MnO	−408400	90
BeO	− 619000	104	Mn2O3	− 982000	269
CO(Г)	− 118000	− 83,77	Mn3O4	− 1790000	652
CO2(Г)	− 397000	0,2	MoO2	− 557000	156
CaO	−790000	194	NO(Г)	915000	− 12,72
				Окончание табл. 3

Соединение	А	В	Соединение	А	В
CoO(ж)	− 249700	80	NbO(Г)	196000	− 84
Cr2O3	− 1131000	250	Nb2O5(ж)	− 1744000	340
CuO	− 113200	58,3	NiO	− 249800	92
Cu2O	− 136600	48,5	P2O5(Г)	− 1235000	331
FeO	− 245000	53	SiO(Г)	− 162000	− 46,3
Fe2O3	− 747000	210	SiO2(β)	−947000	198
Fe3O4	− 992000	247	V2O4(ж)	− 1263000	234
H2O(Г)	−251070	57,65	V2O5	− 1441000	323
TiO(Г)	28500	−77	VO2(Г)	− 251000	− 8,3
TiO2	−936000	176	WO(Г)	387000	− 93
Ti2O3(β)	−1481000	246	WO2(Г)	20000	− 22
Ti3O5(β)	−2410000	410	WO3(ж)	− 731000	180
VO(Г)	131000	− 80	Y2O3	− 1920000	292
VO	− 406000	73	ZrO2	− 1081000	176
V2O3	− 1186000	233
		Cульфиды
CS2(Г)	−12300	− 5,6	MgS	− 535000	187
CaS	− 692000	190	MnS	− 276000	63
FeS(ж)	−135000	43,2	MoS2	− 386060	173
H2S(Г)	− 90500	49,2	SO2(Г)	− 361000	72,9
		Фториды
AlF3	− 1230000	80	PF5	1646000	300

237

CaF2(ж)	− 1312000	210	SF	− 48200	− 12
CaF2	− 970000	84	SiF4	− 1665000	170
FeF2	− 473200	− 13	TiF3	− 1164000	45
MnF	− 140000	− 63	TiF4	− 1566600	134
MnF2	− 592000	0,5	MnF3	− 800000	54
NaF	− 405000	40	ZnF4	− 1677500	28

Листинг решения Задания 2 в Mathcad 11

Диссоциация химических соединений

		Расчет упругости диссоциации оксида железа															K	:= P				B	0
																			(O2)				0
																	p		(O2)				dG T := −R T lnK p

Из табл. 3 задаем значения А и В и соответствующие им интервалы температур:
			A1 :=			−62670			B1 := 15.18			T1 := 300 , 320 .. 1180									T5 := 0,20 .. 3000
			A2 := −62860						B2 := 15.34			T2 := 1180 ,1200 .. 1640
			A3 := −54680						B3 := 10.38			T3 := 1640 ,1660 .. 1800
			A4 := −57320						B4 := 11.84			T4 := 1800 , 1820 .. 3000
dG(T1) := (A1 +						B1 T1) 4.184						lgP(T1) :=			dG(T1)
															9.56 T1
dG(T2) := (A2 +						B2 T2) 4.184						lgP(T2) :=			dG(T2)
															9.56 T2
dG(T3) := (A3 + B3 T3) 4.184												lgP(T3) :=			dG(T3)
			18												9.56	T3
			18												9.56	T3
dG(T4) := (A4					+ B4		T4) 4.184					lgP(T4)		:=	dG(T4)
dG(T4) := (A4					+ B4		T4) 4.184					lgP(T4)		:=	9.56 T4
	− lgP(T2)		16												9.56 T4
	− lgP(T3)		16
	− lgP(T3)
	− lgP(T4)		14
	− lgP(T4)		14

	17.2
			12
12
12

8.883
			10
8



6			8


5.883
5.883

5.216			6
			6
4			4
4

2
2												238
			2
			2	0		300		600		900	1200		1500		1800			2100		2400			2700	3000
												T2 ,T3 ,T4 ,T5

ЗАДАНИЕ 3

Легирование металла сварного шва элементами из шлака (флюса, покрытия)

Наугл. пламя

Для сплавов на основе Fe реакцию распределения Ti между шлаком и металлом можно представить в виде

Нейтрал. пламя

Вакуум 10–5 мм рт. ст.

для которой

(TiO2 )+ 2Fe = 2(FeO)+

(1)

Окислит. пламя

Вакуум 10–2 мм рт. ст.

a(2FeO) a

K p =

Арг

-дуг. сварка

2Fe

a(TiO2 )

Сварка покрытым электродом

где a(FeO) и a(TiO2 ) − активности оксидов в шлаке; a Ti и a Fe − активности Ti и Fe в стали (как для растворителя aFe =1).

Рис. 1. Упругость диссоциации оксида железа FeO

Изменение энергии Гиббса

∆GT0 1 = −RT ln K p .

Выражая активность через мольную долю и коэффициент активности (ai = γi X i ), получим

−∆G

X (2FeO) γ(2FeO) γ

lg K1

T .1

= lg

2,3

R T

γ(TiO2 ) X (TiO2 )

откуда искомое равновесное содержание Ti в сплаве (в мольных долях) определяем по формуле

239

			∆G 0
lg X	Ti	= −	T .1	+ lg γ(TiO		) + lg X (TiO		) −
lg X	Ti	= −	2,3RT	+ lg γ(TiO		) + lg X (TiO		) −
					2		2	(2)
					2		2	(2)

−lg γ Ti − 2lg γ(FeO) − 2lg X (FeO).

Вэтом уравнении X (FeO), X (TiO2 ),T заданы. Остальные величины

требуют теоретического расчета.

Задание. Определить равновесное содержание Ti в стали 12Г2 под расплавом покрытия заданного состава при 1873 и 2100 К.

Состав стали, мас.%: 0,12 С, 2 Mn, примеси не учитываем, 0,01 О, остальное − Fe.

Состав покрытия, мас.%: 35 TiO2, 10 MnO, 22 SiO2, 24 CaO,

6 Al2O3, 2 MgO, 1 FeO.

Определить уровень легирования сварного шва титаном с помощью шлака и выполнить прогноз уровня легирования титаном при изменении окисленности шлака (%FeO).

Порядок проведения расчета:

1. Распределение Ti между шлаком и сталью 12Г2. Реакцию (1)

можно представить суммой реакций:

TiO

2, ж

= Ti

+ O

, ∆G 0

= +884665 −151,1 T (Дж) (см. табл. 3);

(3)

T 4.3

= FeO

, ∆G 0

= −239827 + 49,5 T (Дж) (см. табл. 3);

(4)

T 4.4

∆G 0

= ∆G 0

+ 2∆G 0

= 405011−52,1 T (Дж).

T 4.1

T 4.3

T 4.4

2. Пересчет содержания компонентов в мольные (атомные) до-

ли (Хi ):

X i =

∑%Ai

где А − мольная (атомная) масса компонента (табл. 4).

3. Пересчет состава стали (0,12 % С, 2 % Mn, 0,01 % O, Fe ост.):

0,01

X C =

= 0,0056 .

%Mn

%Fe

0,01

+ 0,036 +0,0006 +

1,748

Аналогично получим ХMn = 0,020, XO = 0,0003, XFe = 0,974.

4. Пересчет состава шлака (X Me xO y ):

Оксид

TiO2

MnO

SiO2

CaO

Al2O3

MgO

FeO

240

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 / 2724 25 26 27 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
12.11.20234.99 Mб0Теория пластичности..pdf
#
12.11.202314.8 Mб0Теория превращений в твердом состоянии..pdf
#
12.11.202312.16 Mб5Теория признаков распознавания образов на основе стохастической геометрии и функционального анализа..pdf
#
12.11.202319.49 Mб0Теория принятия решений. Задачи и методы исследования операций и принятия решений.pdf
#
12.11.20233.3 Mб1Теория сварочных процессов моделирование физико-химических процессов в сварном шве..pdf
#
12.11.202310.02 Mб10Теория сварочных процессов..pdf
#
12.11.2023365.06 Кб3Теория термической обработки металлов..pdf
#
12.11.2023286.13 Кб0Теория термической обработки Ч.1.pdf
#
12.11.2023160.4 Кб2Теория термической обработки..pdf
#
12.11.20237.52 Mб1Теория технологических процессов..pdf
#
12.11.2023951.53 Кб3Теория управления производством и операциями..pdf