Таблица 33 Растворение азота в каплях

Процессы адсорбции и хемосорбции протекают с очень большими скоростями, практически мгновенно. Скорости отвода продуктов хемосорбции в глубь металла меньшие. В отводе продуктов хемосорбции в глубь металла большую роль играет механическое перемешивание жидкого металла, протекающее часто с бурным выделением газов.

Рассмотренная схема растворения газов в металле, в основе которой лежит закон Генри, получила название химического поглоще? ния газов металлом.

При наличии электрического поля возможно и электрическое поглощение газов металлом. Оно наблюдается только у поверхности катода, в области активного пятна, куда внедряются положительные ионы газов, поступающие из столба дуги. Наличие у поверхности катода слоя положительных ионов повышенной концентрации приводит к их перемещению в объем металла диффузионным путем вследствие разности концентраций.

Степень развития электрического поглощения газов металлом зависит от величины катодного падения напряжения, состава газовой среды, тока и др. (табл. 33).

Влияние кислорода на свойства стали. Кислород растворяется во многих металлах, в том числе и в железе. Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взаимодействия кислорода со сталью, основой которой является железо. Железо с кислородом образует три оксида:

2Ре + 02^2РеО (закись, содержащую 22,7% 02);

6РеО + Оа5=±2Ре304 (закись-окись, содержащую 27,64%Оа);

4Ре304 + 02=*6Ре203 (окись, содержащую 30,06% 02).

Из этих трех оксидов только закись железа РеО растворима в железе и поэтому наиболее сильно влияет на его свойства. Остальные оксиды в железе не растворяются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных включений и легко разлагаются при высоких температурах.'

Установлено, что при температуре плавления железа предельная растворимость кислорода в железе составляет 0,16%, а при комнатной температуре — тысячные доли процента.

На рис. 110 приведен левый угол диаграммы состояния железо — кислород. При температуре 572 °С находящаяся в железе вне твердого раствора РеО разлагается с образованием закиси-окиси:

4РеО - Ре.Д + Ре-(VI. 16)

Таким образом, при комнатной температуре кислород находится в железе как в твердом растворе a-Fe (в оксоферрите), так и в виде включений типа Fe304.

При сварке наблюдаются существенные отклонения от равновесной диаграммы состояния железо — кислород:

1) значительный перегрев жидкого металла увеличивает растворимость кислорода более чем до 0,16% (ветвь В—В'). В этом случае максимальная растворимость в железе определяется по уравнению

Жидкий петаяя S,

lg02 = -2,734;

2) при быстром охлаждении железа может наблюдаться образование пересыщенного твердого раствора a-Fe, а вне твердого раствора останется не успевшая разложиться закись железа FeO.

Наличие легирующих элементов в стали также влияет на растворимость кислорода. Наиболее сильно снижают растворимость кислорода в железе углерод и кремний.

Присутствие кислорода в сталях, наряду с окислением железа, вызывает непосредственное окисление ряда легирующих элементов, например:

С + О - СО; Mn + O^MnO; (VI. 18) Si + 20-Si02.

Кроме того, параллельно могут идти реакции взаимодействия рующих элементов с закисью железа, например:

FeO + СгаСО + Fe;

1600 1535 1524 б-Fe. /400 137/

/000 910

a-Fe

Рис. ПО. Левый угол диаграммы состояния железо — кислород.

FeO + Мп5=*МпО + Fe; 2FeO + Sis=íSiOa + 2Fe.

Наличие кислорода в стали ухудшает все свойства металла (рис. 111): пределы прочности и текучести, относительное удлинение и ударная вязкость с увеличением содержания кислорода резко падают, причем особенно значительно снижается ударная вязкость. Наряду с этим, при увеличении содержания кислорода в стали:

1)уменьшается стойкость против коррозии;

2)обнаруживается склонность к старению;