Взаимодействие чугуна с водородом

Взаимодействие жидкого чугуна с газами

Растворение водорода в жидком чугуне происходит, как и в жидком железе, в результате протекания реакции:

½ H₂ = [H] (3.7.2)

Растворимость водорода в жидком железе равна:

lg [%H]_Fe = lg K_H + lg - lg , (3.7.3)

где [%H] – массовая доля водорода, %;

K_H - константа равновесия реакции (3.7.2): lg K_H = - - 4,077 [3];

- парциальное давление водорода, Па.

- коэффициент активности водорода в чистом железе.

Жидкий чугун представляет собой многокомпонентный сплав на основе железа с повышенным содержанием углерода, кремния и других элементов, поэтому коэффициент активности водорода в нем определяется выражением:

lg = lg + , (3.7.4)

где - параметры взаимодействия водорода с компонентами чугуна (j) первого порядка (параметры взаимодействия более высокого порядка равны нулю).

Соответственно растворимость водорода в жидком чугуне существенно зависит от его состава:

lg [%H] = lg [%H]_Fe - . (3.7.5)

Влияние компонентов чугуна на растворимость водорода можно оценить по значениям параметров его взаимодействия, х 10^-2 [3]:

j	Al	C	Co	Cr	Cu	Mn	Mo	Ni	O	P	S	Si	Ti	V
	1,3		0,18	-0,22	0,05	-0,14	0,22		-19	1,1	0,8	2,7	-1,9	-0,74

Приведенные значения соответствуют температуре 1873К (1600 ⁰С). Для других температур значения параметра можно вычислить по соотношению [3]:

= (1873 /T) (3.7.6)

Элементы, которые отличаются прочными связями с водородом (Ti, Ta, V, Nb и Cr), имеют отрицательное значение . Причем, чем больше абсолютное значение , тем сильнее элемент «j» повышает растворимость водорода в жидком чугуне (Рис. 3.7.4). Такие элементы, как Mn, Cu, Ni и Co, имеют слабую связь с водородом и потому они оказывают незначительное влияние на растворимость водорода в жидком чугуне. В то же время ряд элементов (C, B, Si, Al, P и S) могут образовать в чугуне различные соединения (карбиды, силициды, алюминиды, сульфиды, фосфиды и другие) или соответствующие им атомные группировки. Такие элементы имеют с железом или другими компонентами чугуна более сильные связи, чем с водородом, поэтому они снижают растворимость водорода в расплаве и им характерно положительное значение .

Содержание легирующего элемента, %

Рис. 3.7.4. Влияние легирующих элементов на растворимость водорода в железе при 1873 К

Растворимость водорода в жидком чугуне составляет 0,0002-0,0003 %. Фактическое содержание его в 5-10 раз больше. Часть сверхравновесно растворенного водорода выделяется из расплава через открытое зеркало в процессе выпуска, транспортировки и разливки. Оставшийся избыточный водород в зависимости от скорости затвердевания и охлаждения отливки частично или полностью выделяется из чугуна в молекулярном состоянии. Молекулярный водород, прежде всего, адсорбируется на графитных включениях чугуна, но при большом избытке формирует в отливке газовые поры и раковины. Для устранения таких дефектов в отливке применяют дегазирующую внепечную обработку чугуна, например путем продувки расплава в ковше азотом или аргоном [4].

Дата добавления: 2014-01-07