Взаимодействие металла с кислородом при сварке

Взаимодействие металла с О2 при сварке.

Источники О2:

  1. Свободный О2 из окружающей среды
  2. Оксиды на свариваемых кромках или на присадочном материале
  3. Оксиды находящиеся в шлаке и растворимые в металле
  4. Химически активные шлаки, которые в результате окислительно-востановительных реакций отдают О2 металлу.

Al,Mg –не растворяют О2 не в жидком не в твердом состоянии, О2 попадает в виде оксидных пленок или взвешанных частиц.
 
Fe,Cu,Ti,Ni-растворяют О2

Процесс растворения О2 в металле состоит:

  1. Обсорбция (поглащение О2 поверхностью металла
  2. Хим обсорбция (поглащенный О2 взаимодействует с металлом образуя растворы и химсоединения)
  3. Отвод продуктов химобсорции в глубь металла

Число степеней свободы

С=К+2-Ф

К – число независимых компонентов, определяется – общее число разновидностей молекул минус число независимых реакций между ними.

2МеО↔2Ме+О2

К=3-1=2      Ф=3   С=2+2-3=1

КрО2=f(T)

Порциальное давление кислорода (РО2), отвечающееравновесному состоянию хим.реакции окисления(разложения оксида) носит название упругости диссоциации оксида.

∆G – изобарный потенциал (энергия Гибса)

∆G=2TlnП-RTlnKp – уравнение изотермы хим.реакйии, которое дает возможность определить направление хим.реакции, в зависимости от концентрации исходных веществ

R – универсальная газовая постоянная

П – неравновесное отношение

Т – температура

∆G0т – стандартные условия

∆G0т=-RTlnKp=-19.15TlgPO2

lgPO2= ∆G0т/19.15T=-∆HT0/19.15T+∆ST0/19.15

∆H – энтальпия

∆S – энтрапия

∂lnKp/∂T=∆H/RT2 больше 0- уравнение изобары хим.реакции, дает возможность определить направление реакции в зависимости от температуры.

Прочность связей О2 с металлом зависит от сродства последнего к О2

Аmaxp=-∆G – энергия необходимая на преодоление хим.сродства.

  1. ∆G убывает – прцесс окисления продолжаетсяя
  2. ∆G растет – идет процесс востановления
  3. ∆G=0 – равновесие хим.реакции

С повышением температуры сродство всех элементов кроме С к О2 падает

Тmax C,Al,Ti,Mn,Si,Fe,Ni

Tmin Al,Ti,Si,Mn,C,Fe,Ni

Т.к. связь упругости диссоциации с константой равновесия и изобарным потенциалом то в принципе сродство элемента к О2 можно оценивать по упругости диссоциации оксида

  1. lgPO2=lgPO2факт – реакция в равновесии
  2. lgPO2≥lgPO2факт – востановление
  3. lgPO2≤lgPO2факт – окисление