Раскисление металлов

Высокие температуры при сварке с одной стороны понижают термодинамическую устойчивость оксидов, но, с другой стороны, скорость их образования резко увеличивается. Поглощенный кислород находится в виде растворяемых окислов ( для железа – Fe ), а также в виде неметаллических включений. Это резко снижает качество сварного соединения, особенно пластичность. Удалить кислород можно путем раскисления.

Различают диффузионное и осаждающее раскисление.

Диффузионное раскисление состоит в экстрагировании кислорода ( окисла основы справа ) с помощью шлака.

Раскислением осаждением состоит в связывании растворяемого в сплаве кислорода в окислы легирующих элементов – раскислителей, нерастворимых в основе сплава. Раскислителем может служить элемент, у которого химическое сродство к кислороду больше, чем у основы сплава.

Расчет раскислительной способности элемента сводится к определению зависимости между концентрацией легирующего элемента и кислорода в основе сплава.

Рассмотрим пример реакции раскисления

m[ Me_xO_y ] + n´ [ R ] = m´ ( R_x´O_y´ ) + n[ Me ]

Оно получено путем комбинации реакций

n´[ R ] + O₂ = m´( R_x´O_y´ )

n[ Me ] + O₂ = m( Me_xO_y )

Условие термодинамического равновесия – равенство 0 приращения изобарного потенциала

Если в уравнении реакции раскисления принять m = 1, то после преобразований получим:

Для многих элементов-раскислителей в металлургической литературе приводятся значения констант равновесия

Обычно a_Rx´Oy´ = 1

Раскислительная способность элементов при 1879⁰К приведена на графике

Si C Mn - 1
- 2
Al - 3
Ce - 4

lg [ %R ]Fe

- 1

- 2

- 3

- 4

С ростом температуры раскислительная способность падает.

Марганец является сравнительно слабым раскислителем, однако он широко применяется в сварочной металлургии для связывания серы с образованием MnS.

Сульфид марганца имеет температуру плавления 1883⁰К, т.е. выше температуры плавления железа. Известно , что сульфид железа FeS c температурой плавления образует при кристаллизации легкоплавкие прослойки по границам зерен, значительно ухудшая механические свойства.

Недостаток процесса раскисления осаждением – образование шлаковых включений. Для более интенсивного их удаления проводится комплексное легирование Mn + Si, т.к. сплав их оксидов имеет более низкую температуру плавления.