PartII焊接化学冶金—3熔渣与液态金属的相互作用(整理打印版)讲解.ppt

* §3.3 活性熔渣对金属的氧化 根据熔渣成分查表得出熔渣中FeO的活度αFeO, 估算出该温度下熔渣与液态金属构成的系统达到平衡时液态金属中的含氧量: 1、熔渣的氧化性 [％O]max为在纯氧化铁构成的熔渣下与之平衡时液态金属中[%O]的极限含量。[％O]max是与温度有关的常数: 随着温度的升高，熔渣的氧化性增大。 * 2、熔渣对金属的氧化 方式： (1) 扩散氧化 (2) 置换氧化 §3.3 活性熔渣对金属的氧化 符合分配定律 若熔渣中含有比较多的易分解的氧化物, 可与液态铁发生置换反应, 使金属氧化, 同时发生原氧化物中金属元素的还原 * §3.3 活性熔渣对金属的氧化 熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液态钢，在一定温度下，它在两相中的平衡浓度符合分配定律: (1)、扩散氧化 1) 在SiO2饱和的酸性渣: 2) 在CaO饱和的碱性渣: T↑, L↓, [FeO]↑: 在高温时，FeO更容易向金属中分配 焊接时渣中的FeO主要是在熔滴阶段和熔池前部高温区向液态金属中过渡的。在熔池尾部, 随着温度的下降, 液态金属中过饱和的氧化铁会向熔渣中扩散, 这一过程称之为扩散脱氧。 * §3.3 活性熔渣对金属的氧化 在同样温度下, FeO在碱性渣中比在酸性渣中更容易向金属中分配。即: 在熔渣中含FeO相同的 讨论: 酸性渣和碱性渣含氧量的比较 渣的性质与焊缝含氧量的关系 情况下, 碱性渣时金属中的含氧量比酸性渣时大。 熔渣的分子理论来解释: * 碱性渣: SiO2、TiO2等酸性氧化物较少, FeO大部分以自由状态存在, 即FeO在渣中的活度系数大, 因而容易向金属中扩散, 使液态金属中增氧。因此, 在碱性焊条药皮中一般不加入含FeO的物质, 并要求焊接时严格清除焊件表面上的氧化皮和铁锈, 否则, 将使焊缝增氧并可能产生气孔等缺陷, 这是碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感性大的原因。 §3.3 活性熔渣对金属的氧化 讨论: 酸性渣和碱性渣含氧量的比较 酸性渣: SiO2、TiO2等酸性氧化物较多, 它们能与FeO形成复合物(如FeO·SiO2), 使自由FeO减少，所以在熔渣中FeO含量相同的情况下，扩散到金属中的氧较少。 碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高? × 多数情况下碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低: 因为尽管碱性渣中FeO的活度系数大, 但碱性渣中FeO的含量并不高, 因此碱性渣对液态金属的氧化性比酸性渣要小。 * 扩散氧化反应进行的程度取决于界面附近FeO的扩散速度、接触界面面积大小与扩散反应时间。熔焊时由于熔渣在高温液态下的存在时间短暂，因此扩散氧化程度一般远不能达到平衡状态 。 §3.3 活性熔渣对金属的氧化 (1)、扩散氧化 * 已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ §3.3 活性熔渣对金属的氧化 思考题： * 1) SAW: HJ431+低碳钢焊丝(熔渣含SiO2、MnO) §3.3 活性熔渣对金属的氧化 (2)、置换氧化 若熔渣中含有比较多的易分解的氧化物, 可与液态铁发生置换反应, 使金属氧化, 同时发生原氧化物中金属元素的还原。 * §3.3 活性熔渣对金属的氧化 (2)、置换氧化 结果: Si↑, Mn↑, 生成FeO 大部分 小部分 熔渣 液态金属, [O]↑ 置换氧化反应与熔渣中MnO、SiO2、FeO的浓度和液态金属中Si、Mn的原始含量有关。 一般，酸性渣对金属的置换氧化性高于碱性渣??? * 置换氧化的程度与温度有关: T↑, K↑?反应向右进行 ? 置换氧化反应主要发生在熔滴阶段与熔池前部的高温区。 §3.3 活性熔渣对金属的氧化 (2)、置换氧化 低温时: KSiKMn?MnO的氧化性高于SiO2 T2200℃: KSiKMn? SiO2氧化性高于MnO。 * 2) 焊丝或焊条药皮中含有Al、Ti、Cr等对氧亲和力比铁大的元素: §3.3 活性熔渣对金属的氧化 (2)、置换氧化 4[Al]+3SiO2=2(Al2O3)+3[Si] 2[Al]+3MnO=(Al2O3)+3[Mn] 结果: 反应生成的Al2O3使焊缝中非金属夹杂物增多, [O]↑, [Si]↑, [Mn]↑?严重降低高合金钢接头的力学性能,尤其是低温韧性?焊接时应选熔渣中SiO2、MnO含量少的盐型或盐-氧化物型熔渣。 * 思考题 1、焊接过程中熔渣有什么作用？分哪