7液态金属与气象的相互作用教材.ppt

第七章 液态金属与气相的相互作用;焊接或熔炼过程中，液态金属会与各种气体发生相互作用，从而对焊件或铸件的性能产生影响。深入了解气体的来源及其与金属的相互作用机制，对于控制金属中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。;第一节 气体的来源与产生 第二节 气体在金属中的溶解 第三节 氧化性气体对金属的氧化 第四节 气体的控制措施;第一节 气体的来源与产生;一、焊接区内的气体来源;1．有机物的分解和燃烧 2．碳酸盐和高价氧化物的分解 3．材料的蒸发 4、气体的分解;1．有机物的分解和燃烧;2．碳酸盐和高价氧化物的分解;表7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分;3．材料的蒸发;编 号; 分解度α;图7-3 H2O分解形成的气相成分与温度的关系（P0＝0.1MPa）;二、铸造过程中的气体来源;高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气 ： 造型材料中的碳及有机物燃烧，产生CO和CO2气体： 砂型组分分解： 树脂砂中的尿素、乌洛托品[(CH2)6N4]等在高温下，首先分解生成NH3，然后继续分解： 还有烷烃的分解 ：;气相平衡与铸型内气体的成分;第二节 气体在金属中的溶解;一、气体的溶解过程;双原子气体溶入金属液的两种方式;二、气体的溶解度 ;1．温度和压力的影响; 金属吸收气体为吸热反应，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应，溶解度随温度的上升而降低。;氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向 ;氮、氢在铁中的溶解度;SH/mL.(100g)-1;温度 T/℃;3、合金成分对溶解度的影响;第三节 气体对金属的氧化;一、金属氧化还原方向的判据; 金属氧化物的分解压是温度的函数，它随温度的升高而增加。 除了 Ni 和 Cu 外，在同样温度下，FeO的分解压最大，即最不稳定。FeO为纯凝聚相时，其分解压为：;式中 P‘o2 是液态铁中FeO的分解压；[FeO] 是溶解在液态铁中的 FeO 浓度；[FeO]max是液态铁中 FeO 的饱和浓度。 由式（7-15）可以看出，由于 FeO 溶于液态铁中，使其分解压减小，致使 Fe 更容易氧化。;二、氧化性气体对金属的氧化;1、自由氧对金属的氧化;纯CO2高温分解得到的平衡气相成分和气相中氧的分压 { Po2 };CO2与液态铁的反应式和平衡常数为： CO2 ＋ [ Fe ] ＝ CO ＋ [ FeO ] 温度升高时，平衡常数K增大，反应向右进行，促使铁氧化。计算表明，即使气相中只有少量的 CO2 ，对铁也有很大的氧化性。因此，用CO2作保护气体只能防止空气中氮的侵入，不能避免金属的氧化。 用CO2 作为保护气体焊接时，应该在焊丝中增加脱氧元素。;3、H2O对金属的氧化;4、混合气体对金属的氧化;表7-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分;第四节 气体的影响与控制;一、气体对金属质量的影响;二、气体的控制措施 ;1．限制气体的来源;2．控制工艺参数;3．冶金处理;金属冶炼过程中的除氢 常常通过加入固态或气态除气剂进行除氢。如将氯气通入铝液后，可产生下列反应： 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3 ↑ + Q H2 + Cl2 → 2HCl ↑ + Q 铝液中的氢既能与氯化合成氯化氢气体而逸出铝液表面，又可通过扩散作用进入氯化铝气泡内，促使AlCl3气体逸出。 生产中，也可采用通入混合气体（如氮-氯或氯-氮-一氧化碳）的方法除气，以减少氯对熔炼设备的腐蚀作用。; 焊接过程中的脱氢 熔池存在时间短暂，因此不能采用熔炼过程时的冶金除氢法。 （1）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物 （2）控制焊接材料的氧化势 （3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素 （4）焊后消氢处理 ;（1）在焊条药皮和焊剂中加入氟化物;在碱性焊条药皮 中， CaF2首先与药皮中的水玻璃发生反应： Na2O.n SiO2 + m H2O = 2 NaOH + n SiO2 (m-1)H2O 2 NaOH + CaF2 = 2 NaF + Ca(OH)2 K2O.n SiO2 + m H2O = 2 KOH + n SiO2(m-1) H2O 2 KOH + CaF2 = 2KF + Ca(OH)2 与此同时，CaF2与氢和水蒸气发生如下反应： CaF2 +