Легирующий фактор окисления

В сплавах с очень малым содержанием менее благородного легирующего элемента образование зародышей соответствующего более устойчивого оксида может быть подавлено окислением основного компонента и эти зародыши останутся в форме дискретных частиц, внедренных в окалину [75]. В подобных сплавах может происходить также внутреннее окисление менее благородного элемента, пока и поскольку концентрация растворенного компонента ниже критической величины [76]. Дополнительными факторами, способствующими этому внутреннему окислению, являются также малые коэффициенты диффузии растворенного компонента в сплаве и высокие парциальные давления кислорода в газовой фазе [76]. Однако в случае газовых смесей с очень низкой активностью кислорода неспособность сплава образовать защитную окалину с хорошей адгезией часто также приводит к внутреннему окислению [36—38]. При этом размеры, форма и распределение частиц внутреннего оксида зависят от сплава и конкретных условий, хотя, как правило, более устойчивым внутренним оксидам соответствуют частицы меньших размеров и все частицы стремятся сконцентрироваться на границах зерен [77, 78]. [c.22]

Несмотря на огромные трудности учета влияния указанных факторов на процесс окисления, все-таки имеется возможность наметить принципы конструирования жаростойких сплавов с точки зрения выбора основы сплава и легирующих элементов. Это возможно сделать на основе имеющихся физических и термодинамических параметров окислов и металлов (табл. 2), а также большого экспериментального материала по исследованию процесса окисления сплавов. В результате установлена роль рассмотренных выше факторов. Число этих факторов для многокомпонентных сплавов велико. Однако, если учесть, что скорость окисления наиболее жаростойких сплавов при высоких температурах описывается законом квадратичной параболы или близким к нему, то можно считать что весь процесс в целом контролируется в основном скоростью диффузии реагентов через окалину. [c.13]

Таким образом, выбор легирующих металлов, образующих окислы с малой электропроводностью, оправдал себя как операция по повышению сопротивления сплавов окислению. Однако существуют и другие факторы, помимо электропроводности чистых окислов, отражающиеся ка скорости окисления. В частности, надо полагать, что окислы, образующиеся путем преимущественного 0 кисления, не должны быть чистыми, а поскольку электропроводность того или иного соединения сильно меняется в зависимости от содержания примесей, фактическая скорость окисления может быть совершенно иной (как правило, больше), чем скорость, вычисленная по значению электропроводности для чистых соединений. И на самом деле, как это показали Прайс и Томас, защита серебра бериллием, будучи сама по себе значительной, все л<е бывает гораздо слабее, чем это можно было бы ожидать, судя по электропроводности чистой окиси бериллия. [c.183]

Мартеновский процесс проводится в пламенной, регенеративной, мартеновской печп, при высоких температурах. В результате получается сталь с заданным химическим составом. Основные исходные материалы в мартеновском процессе — лом стали и чугун— берутся в шихту в разных отношениях от нуля до 100%, того или другого, в зависимости от экономических условий, стоимости и наличия в данном районе чугуна и лома, а также от вида выплавляемой стали. Температурный режим процесса является важнейшим фактором, определяющим условия плавного и последовательного нагрева металла до 1600—1650°С, к моменту выпуска и разлива его в специальные формы — изложницы. Нагрев осуществляется созданием факелов горения в рабочем пространстве печи, газообразного или жидкого топлива в воздухе, предварительно нагретом в генераторах. Воздух берется в количестве, обеспечивающем не только горение топлива, но и создающем окислительную газовую среду печи, химически действующую на жидкий металл (на металлическую ванну). Главнейшей целью мартеновского процесса является 1) удаление из ванны вводимых с шихтой или газовой смесью тех элементов, присутствие которых в стали нежелательно (Р, 5, На, N2, Оа), 2) снижение до требуемых норм содержания элементов, необходимых в стали, С, Мп, 51. Иногда процесс плавки заканчивается введением легирующих элементов. Удаление ненужных элементов производится окислением кислородом печной газовой среды и кислородом прибавляемой в ванну железной, марганцевой руды или окалины. Образующиеся в расплавленном металле газообразные окислы в виде пузырьков производят бурление ванны (кипение), вырываются из нее и, входя в состав печной газовой среды, выводятся из печи. Наиболее легкие жидкие и твердые окислы накапливаются на поверхности металла, покрывая его сплошным слоем шлака. Как и в доменном процессе, химический состав шлака должен быть представлен стойкими не восстановимыми соединениями— окислами, легко отделяемыми от выплавленного металла. Шлаки предохраняют металл от загрязнения нежелательными элементами и защищают его от прямого взаимодействия с печными газами. Окисление происходит следующим образом. [c.186]

Изложенная первая теория жаростойкого легирования находится в хорошем соответствии с наблюдаемыми экспериментальными факторами для многих случаев окисления металлов. Наличие внутреннего слоя окалины, обогащенного легирующим компонентом, было, например, опытным путем установлено на ряде жаростойких сплавов. [c.69]

С) стали и вытеснение ее атомами защитного газа (аргона), которые гораздо тяжелее атомов серы, на периферию плазменной дуги с температурой 2000 — 1000 °С, где атомы серы соединяются с кислородом в ЗОг, 50 и удаляются из зоны реакции в атмосферу. Процесс протекает при высокой температуре и интенсивном перемешивании расплавленного металла. Значительный температурный градиент оказывает влияние на поверхностное натяжение и усадку и приводит к изменению топографии поверхности переплавленного слоя металла. Испарение серы зависит от температуры плазмы, размера частиц, времени пребывания в плазме, физических свойств частиц плазмообразующего газа и ряда других факторов и с термодинамической точки зрения представляет переход вещества из одной фазы в другую, проходящий при постоянной температуре и неизменном давлении. Процесс получения максимального выхода серы в виде 5, 50, 50г, 5гО при минимальном выгорании легирующих элементов оптимизировали расчетным путем по минимальной загрязненности поверхности примесями (сульфидами, оксисульфидами). При предъявлении требований к чистоте поверхности и переплавленному слою подбирали режимы переплава таким образом, чтобы, варьируя температуру, соотношение компонентов защитного газа (Аг, О2), время пребывания металла в расплавленном состоянии, переплавленный слой металла был мало загрязнен различными примесями и это согласовалось с кинетикой окислительновосстановительного процесса. Применение первого вариационного принципа химической термодинамики для определения равновесных параметров многокомпонентных гетерогенных систем показало, что интенсивное окисление серы кислородом в газовой фазе происходит при высоких температурах (2500 — 3000 °С), которые достигаются при нагреве металла низкотемпературной плазмой в защитной среде, содержащей 95 % Аг + 5 % О2 (рис. 165). Процесс десульфирования путем переплава поверхности металла может быть представлен как ступенчатый, заключающийся в последовательном переходе атомов через различные фазы металл —пар с последующим окислением в области низких температур и удалении в атмосферу в виде молекул и атомов. Наряду с удалением из расплава 5, 502, 50 путем выноса их на поверхность жидкого металла происходит частичное растворение и измельчение неметаллических включений, что приводит к снижению балла по сульфидным включениям. Экспе- [c.392]

В последние годы сделаны попытки математического моделирования процесса окисления [ 14, 15]. Однако все теории пока непригодны к многокомпонентным сплавам и поэтому не будем останавливаться на них подробнее. Разработка количественной теории даже для двойного сплава чрезвычайно сложна, если оба компонента могут в условиях эксперимента образовывать устойчивее окислы. Описать механизм окисления такого сплава очень трудао вследствие того, что он обусловлен большим числом переменных факторов, определяющих скорость протекания процесса. К таким факторам относятся скорости диффузии реагентов в метйлле и окисле, взаимодействие окислов (взаимное растворение, образование химических соединений), вторичные реакции окисленм-вос-становления, частичная возгонка окислов, растворение кислорода и азота в металле, внутреннее окисление, обеднение подокалины легирующими элементами, порообразование в подокисном слое и др. К этому следует добавить недостаточность информации о взаимной растворимости окислов, о возможной степени дефектности реальных окислов, о закономерностях взаимодействия металла с окалиной, о характере миграций катионов и анионов в процессе реакционной диффузии и т.д. [c.12]

Имеется четкое различие между сплавом, у которого скорость окислени я основного металла замедляется присадкой к окислу растворяемых ионов, и сплавом, у которого растворяемая добавка образует самостоятельный защитный слой окисла. В первом случае константа параболического кинетического закона уменьшается с увеличением концентрации растворяемого элемента. Лимитирующими факторами являются формирование окисла растворенного металла в виде двухфазной пленки и температура, поскольку для обеспечения отношения электронной и ионной проводимостей, большего или меньшего единицы, требуются различные легирующие элементы противоположной валентности. Об этом уже говорилось применительно к сплавам N1—Сг. Так как N 0 — окисел р-типа, то добавление Сг должно уменьшить его проводимость в тех условиях, когда доминирует электронная проводимость. При высоких температурах доминирует ионная проводимость, и дополнительные вакансии, создаваемые присутствием катионов оказывают противоположное влияние на константу скорости окисления, как это показано на фиг. 11. Во втором случае, чем выше температура и больше содержание растворенного элемента, тем быстрее может образоваться защитный слой окисла растворенного элемента. Этот окисел обычно имеет константу скорости окисления, на несколько порядков величины меньшую соответствующей константы для окисла основного металла, причем закон окисления растворенного металла может даже быть логарифмическим. Обычно применяемые в промышленности стойкие к окислению сплавы приобретают защитные свойства в результате формирования окислов растворенных добавок, например Си—А1, Ре—Сг, N1—Сг, но важным является также введение примесей в окисел основного металла. Поэтому при разработке стойких сплавов следует учитывать оба фактора. К условиям эксплуатации обычно относятся колебания температуры в результате включения и выключения оборудования. Поэтому сплавы нельзя выбирать только на основе их поведения в изотермических условиях. Некоторые жаростойкие сплавы содержат элементы, стимулирующие сцепление окалины, как, например, иттрий в сплавах Ре—Сг. [c.44]

Необходимо отметить, что на всех полученных кривых отклонение от линейной тафелевской зависимости начинается при одном и том же потенциале — около —0,006 в (рис. 5, уровень ММ). Этот уровень следует рассматривать как термодинамически возможный потенциал образования защитной окисной пленки [19]. При менее агрессивных условиях, как это наблюдается для стали 18Сг—14К1 в 1,5 N растворе Н28О4 (см. рис. 3, кривая 1), по достижении данного потенциала происходит процесс анодного пассивирования и снижение анодного тока. Полученное постоянство термодинамически возможного потенциала начала окисления всех исследованных сталей указывает на то, что влияние легирующих элементов на торможение анодного процесса в первую очередь связано не с термодинамическими, а с кинетическими факторами. [c.13]

Позднее В. И. Архаров с сотрудниками [201, 202, 220] уточнили принцип жаростойкости, подчеркнув, что одним из главных факторов, управляющих скоростью окисления, являются также силы связи в решетке гематита. Легирующие элементы должны укреплять эти связи, т. е. лредотвращать расклинивающее действие атомов кислорода, стремящихся внедриться в междоузлия. [c.477]