Вы здесь

Розробка самозахисного порошкового дроту для зварювання низьколегованих сталей в усiх просторових положеннях

Автор: 
Наумейко Сергiй Михайлович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2003
Артикул:
3403U002036
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА СОДЕРЖАНИЕ ГАЗОВ В МЕТАЛЛЕ

2.1. Исследование кинетики газообразования при нагреве и плавлении порошковых сердечников

Для создания порошковой проволоки, обеспечивающей надежную защиту расплавленного металла в процессе сварки, необходимо изучить процессы, происходящие в сердечнике порошковой проволоки при ее нагреве и плавлении во время сварки с точки зрения формирования защитной атмосферы и шлакового расплава. Несмотря на развитие экспериментальной техники, исследование таких процессов непосредственно при сварке весьма затруднено. Этим может быть объяснено наличие ограниченных данных, позволяющих прогнозировать кинетику образования защитной атмосферы при плавлении порошковой проволоки. Одним из методов, используемых для таких оценок служат динамическая термогравиметрия, дифференциальный термический анализ и др.
Исследования проводились с использованием прибора комплексного термического анализа "Thermal Analyzer 1090 DuPont" на модуле термогравиметрического анализа ТГА 951 ("DuPont, США"). Диапазон скоростей нагрева в проведенной серии экспериментов составлял 5 ... 30 К/мин. Устройство контроля газового потока обеспечило измерения в потоке газа до температуры 1300 К. Несущий газ - поток воздуха с расходом 10 см3/мин, подаваемый в камеру печи специальным насосом, обеспечивал удаление продуктов реакции из реакционной зоны печи для поддержания неизменности состава атмосферы печи. Точность термогравиметрических измерений обеспечивалась тождественностью прочих опытных условий. В сериях экспериментов поддерживался постоянным гранулометрический состав образцов с размерами частиц от 100 до 160 мкм, близкие размеры образцов. Результаты анализа регистрировались в виде массивов данных, характеризующих изменение массы образца как функции температуры при различных скоростях нагрева. Малый размер частиц позволяет пренебречь диффузией углекислого газа через слой продукта диссоциации, а изменение массы позволяет считать соответствующим доле разложившегося карбоната.
Характеристики исследуемых образцов приведены в табл. 2.1. Результаты вычисления энергии активации карбонатов кальция, натрия, лития и карбоната лития в смеси с оксидно-фторидной смеси приведены в таблицах 2.2-2.5. На рис. 2.1 представленные кривые выделения газа при термическом разложении карбоната лития и фторидно-карбонатной порошковой смеси, построенные на основе данных термогравиметрического анализа.
Таблица 2.1
Характеристики исследуемых образцов
МатериалМасса образца, мгСодержание основного компонента, % (мас.)Количество выделяющегося СО2, % (мас.)Карбонат кальция16,02?0,0198,043,08 ? 0,01Карбонат натрия16,03?0,0198,040,69 ? 0,01Карбонат лития16,06?0,0198,059,4 ? 0,01Смесь
BaF2-LiF-MgO-Li2CO3
25,44?0,01соотношение компонентов в смеси
11,1 : 1,0 : 2,2 : 1,1
4,3 ? 0,01

Таблица 2.2
Кинетические параметры реакции термического разложения карбоната кальция
ПараметрыСтепень развития реакции yi, %реакции12,55101520253040507598E, кДж/моль171200206197189184181178175172171170lg(G(yi))13,7913,5513,3113,0412,8612,7512,6712,5812,4612,3412,1511,98
Таблица 2.3
Кинетические параметры реакции термического разложения карбоната натрия
ПараметрыСтепень развития реакции yi, %реакции1,52345678910E, кДж/моль272209177166161140140144142144lg(G(yi))10,9810,7910,5110,3410,2210,0710,009,959,919,85
Таблица 2.4
Кинетические параметры реакции термического разложения карбоната лития
ПараметрыСтепень развития реакции yi, %реакции12,5510203040507598E, кДж/моль135194161145156171177156168164lg(G(yi))11,2910,9010,6210,299,769,409,319,118,948,84
Таблица 2.5
Кинетические параметры реакции термического разложения карбоната лития в смеси с оксидом магния и фторидами бария и лития
ПараметрыСтепень развития реакции yi, %реакции12,5510203040507598E, кДж/моль75,0109,3128,5112,2110,881,168,181,280,173,2lg(G(yi))12,9212,4812,1811,8111,2710,6710,199,588,998,54
Значения энергии активации разложения исследуемого вещества, вычисленные для разных степеней разложения, различны. При увеличении доли разложившегося вещества до 10 % значение энергии активации возрастает, затем при 10 % начинает медленно убывать. Это является следствием того, что в процессе разложения на поверхности частиц образца появляется новая фаза, состоящая из продуктов разложения, которая на начальной стадии не охватывает всю поверхность частицы, и развитие реакции на этой стадии связано в основном с расширением области новой фазы по поверхности частицы. После охвата всей поверхности продуктом реакции, ее дальнейший ход связан только с ростом новой фазы в глубь частицы, и дальнейшее выделение газа связывается с его диффузионными характеристиками. Таким образом, изменение общей реакционной поверхности частиц образца оказывает влияние на ход реакции разложения и вычисленные значения энергии активации. В общем случае мелкодисперсные порошки возможно рассматривать как вещество с бесконечно большой реакционной поверхностью. Для дальнейших расчетов использовали среднее взвешенное значение энергии активации, вычисленное в интервале для ?i = 1 ... 97 %.
Процесс термической диссоциации карбоната кальция при скорости нагрева порядка 10 ?С/мин начинает протекать при температуре выше 650 ?С и завершается до 900 ?С, в то время как диссоциация карбоната лития начинается при 675 ?С и завершается при 1000 ?С, а карбоната натрия сдвигается в область высоких температур (начинается ~1000 ?С) и при 1200 ?С разлагается ~ 30 % (рис. 2.1). Диссоциация карбоната лития в смеси с фторидами происходит при более низкой температуре (500 ?С) и протекает с переменной скоростью в три этапа. Как следует из приведенных экспериментов скорость диссоциации карбоната лития самопроизвольно увеличивается при температурах 565 ... 575 ?С и 6