材料成形基本原理配套教学课件第3版祖方遒第9章 液态金属与气相的相互作用.ppt

《材料成形基本原理配套教学课件第3版祖方遒第9章 液态金属与气相的相互作用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第九章液态金属与气相的相互作用焊接或铸造熔炼过程中，液态金属会与各种气体发生相互作用，从而对焊件或铸件的性能产生影响。深入了解气体的来源及其与金属的相互作用机制，对于控制金属中气体的含量，提高铸件或焊件的质量至关重要。第一节气体的来源与产生第二节气体在金属中的溶解第三节氧化性气体对金属的氧化第四节气体的控制措施第一节气体的来源与产生一、焊接区内的气体来源二、铸造过程中的气体来源一、焊接区内的气体来源N2、H2、O2CO2和H2O焊接区的气体直接进入间接分解焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂高价氧化物及有机物的分解气体母材坡口的油污、铁锈、水分空气中的气体、水分保护气体及其杂质

2、气体结构钢焊条药皮的主要成分钛钙型（J422）硅酸盐25-40碳酸盐15-22二氧化钛35-45钛铁矿0-25铁合金10-15有机物0-3低氢型（J507）硅酸盐<12碳酸盐25-55二氧化钛0-5氟化物15-30铁合金15-251．有机物的分解和燃烧2．碳酸盐和高价氧化物的分解3．材料的蒸发4、气体的分解1．有机物的分解和燃烧焊条药皮中的淀粉、纤维素、糊精等有机物（造气、粘接、增塑剂）热氧化分解反应220~250℃以上发生，800℃左右完全分解CO2、CO、H2、烃和水气如纤维素的热氧化分解反应：（C6H10O5）m＋7/2mO2（气）＝6mCO2（气）＋5mH2（气

3、）酸性焊条药皮中有机物的含量较高。（545℃～910℃）（325℃～650℃）2．碳酸盐和高价氧化物的分解碳酸盐（CaCO3、MgCO3及BaCO3等）的分解CaCO3=CaO+CO2↑MgCO3=MgO+CO2↑碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高。高价氧化物（Fe2O3和MnO2）的分解（在某些酸性焊条药皮中含量较高）6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O24MnO2=2Mn2O3+O26Mn2O3=4Mn3O4+O2表7-2碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”；酸性焊条焊接时氢含量均较高，

4、其中纤维素型焊条的最大。药皮类型气相成分（体积分数）/%备注COCO2H2H2O高钛型（J421）46.75.334.513.5焊条在110℃烘干2h钛钙型（J422）50.75.937.55.7钛铁矿型（J423）48.14.836.610.5氧化铁型（J424）55.67.324.013.1纤维素型（J425）42.32.941.212.6低氢型（J427）79.816.91.81.53．材料的蒸发焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会蒸发，形成相当多的蒸气。金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn氟化物中AlF3、

5、KF、LiF、NaF后果：合金元素的损失；产生焊接缺陷；增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。极易蒸发编号反应式/kJ.mol编号反应式/kJ.mol1F2＝F＋F－2706CO2＝CO＋1/2O2－282.82H2＝H＋H－433.97H2O＝H2＋1/2O2－483.23H2＝H＋H+＋e－17458H2O＝OH＋1/2H2－532.84O2＝O＋O－489.99H2O＝H2＋O－977.35N2＝N＋N－711.410H2O＝2H＋O－1808.34、气体的分解简单气体（指N2、H2、O2、F2等双原子气体）的分解；复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产

6、物在高温下还可进一步分解和电离。温度T/KCO2分解时气相的平衡成分与温度的关系气相体积分数Φ/%温度T/K双原子气体分解度α与温度的关系（P0＝0.1MPa）图7-3H2O分解形成的气相成分与温度的关系（P0＝0.1MPa）二、铸造过程中的气体来源1．气体的来源铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。熔炼过程气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。浇注过程浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。铸

7、型来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。即使烘干的铸型在浇注前也会吸收水分，并且粘土在液态金属的热作用下其结晶水还会分解。此外，有机物（粘结剂等）的燃烧也会产生大量气体。高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气：（水汽反应，产生很高H分压）造型材料中的碳及有机物燃烧，产生CO和CO2气体（同时降低氧分压）：砂型组分分解：树脂砂中的尿素、乌洛托品[(CH2)6N4]等在高温下，首先分解生成NH3，然后继续分解：还有烷烃的分解：气相平衡与铸型内气体的成分1）经氧化-分解反应后，在铸型与液态合金液界面处的气体主要有H2O、H2、CO、CO2等，在一