Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
15
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
342.53 Кб
Скачать

Методика эксперимента

В работе используется гравиметрический способ исследования, заключающийся в определении массы образца во времени в ходе опыта. Исследуемый образец (1) листовой стали 08ю содержит 0,05-0,08 %C, 0,2 %Mn, 0,05 %Alи не более 0,03% серы и фосфора, т.е. около 99,6 % железа. Взвешивание образца, находящегося в печи, осуществляется с помощью торсионных весов (4) с точностью до 1 мг. Схема установки приведена на рисунке 2. Температура в печи (3) измеряется хромель-алюмелевой термопарой в комплекте с милливольтметром (2) и определяется по градуировочному графику. В ходе опыта она должна быть постоянной в рабочем интервале 850-9000С.

В работе измеряется привес образца mот начала опыта, т.е. масса кислорода, прореагировавшего с железным образцом. Если считать, что окалина представлена вюститом, толщина ееyв любой момент определится из уравнения:

(7)

В уравнении (7):

72 и 16 – относительные молекулярные массы FeOи кислорода;

S– площадь реакционной поверхности;

 - плотность пленки окалины.

Результаты работы и их обсуждение

В таблице представлены результаты исследования макрокинетики окисления стали 08ю на воздухе при температуре 850 0С. Площадь образца 5,5 см2.

Таблица. Макрокинетика окисления стали

Время

,мин.

Масса образца

m, мг

Привес образца

m, мг

Квадрат привеса образца

m2, мг2

Изменение

за один замер

Скорость окисления

dm/d, мг/мин

d, мин

dm, мг

0

300

0

0

0

0

0,5

315

15

225

0,5

15

30

1,0

329

29

891

0,5

14

28

1,5

344

44

1936

0,5

15

30

2,0

355

55

3025

0,5

11

22

4,0

380

80

6400

2,0

25

12,5

6,0

403

103

9801

2,0

23

11,5

8,0

420

120

14400

2,0

17

8,5

10

434

134

18760

2,0

14

7

12

444

144

20736

2,0

10

5

15

451

151

22800

3,0

7

2,3

20

465

165

27225

5,0

14

2,8

На рисунке 3 представлено изменение во времени массы образца, т.е. количество кислорода, вступившего в реакцию к моменту времени от начала опыта. На рисунке видно, что начальный участок кривой удовлетворительно описывается прямой линиейm= А1.

Рисунок 3. Изменение массы образца во времени

Линейный характер кривой на начальном участке вызван протеканием реакции в кинетическом режиме. Уравнение прямой, исходящей из начала координат и проходящей через точку с координатами Х=1,5 мин,Y= 44 мг, имеет вид:

m= 44/1,5= 29.A1= 29 мг/мин.

Константа скорости кристаллохимических превращений, лимитирующих процесс окисления, определится из соотношений:

Кхим=4,5A1/(SPо2)= 4,52910-6/(51035,510-40,2)=

=23,610-5м/мин = 3,910-6м/c.

Рисунок 4. Изменение квадрата привеса образца (мг2)

На рисунке 4 представлены результаты опыта в координатах m2-, и видно, что полученная зависимость относительно сложная. Участок кривой во временном интервале 8 – 20 минут близок к линейному, что соответствует закону квадратичной параболы, характерному для диффузионного режима реагирования. Определим угловой коэффициент А2прямой, проходящей через точки с координатами:X1=8 мин,Y1=18750мг2;X2=20 мин,Y2=27200 мг2.

А2= (27200-18750)/(20-8) = 704 мг2/мин.

Эффективный коэффициент диффузии кислорода в окалине определится из уравнения:

D= 10,1 А2/(2S2Po2)==10,170410-12/(521065,5210-40,2)= =3,610-12м2/мин = 610-14м2/c.

Рисунок 5. Скорость окисленияdm/dобразца при 8500С

Скорость окисления стали (рисунок 5) в ходе опыта уменьшается, что вызвано нарастанием пленки продуктов реакции и протеканием процесса в переходном и диффузионном режимах.

Выводы

  1. Изучена макрокинетика окисления листовой стали 08ю на воздухе при 850 0С.

  2. Показано, что в первые 2 минуты окисление протекает в кинетическом режиме, а по истечении 8 минут наступает диффузионный режим реагирования. В интервале 2 – 8 минут имеет место переходный (смешанный) режим процесса.

  3. Оценены значения константы кристаллохимических превращений и коэффициент диффузии кислорода в окалине.

  4. Скорость реакции уменьшается во времени вследствие роста толщины слоя окалины и протеканием процесса в переходном и диффузионном режимах.

Контрольные вопросы

  1. В чем заключаются различия гомогенных и гетерогенных реакций?

  2. Из каких стадий складываются гетерогенные реакции?

  3. Что называют режимом гетерогенной реакции?

  4. Каковы особенности протекания реакций в различных режимах реагирования?

  5. Как изменяется толщина пленки окалины при окислении металлов в различных

режимах реагирования?

  1. В чем сущность гравиметрического метода исследования окисления металлов?

  2. Какова структура железной окалины и от каких факторов она зависит?

  3. Что такое вюстит и какова его роль в окислении железных сплавов?

  4. Сформулируйте принцип жаростойкости железных сплавов.

  5. Дайте определения константы скорости реакции и коэффициента диффузии.

  6. В чем заключается реакционная диффузия и как она проявляется при окислении железа?

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке Расчетно-графическая работа