Публикации об индустрии, промышленности
Влияние малых количеств примесей
Часто эти примеси совершенно случайного происхождения, причем содержание их ни в одном металле не дается свести до минимума, при котором они практически бы никакого влияния на его свойств. Насколько незначительны эффективные количества газов, уже говорилось выше. Загрязнения и элементы сплава г малых количествах мы объединяем под общим названием "малые количества примесей". Действие их часто очень сходно, и поэтому безразлично, вводятся ли они в сплав намеренно или они случайного происхождения.
Часто оказывается, что примеси, рассматривавшиеся прежде как вредные, являются" полезными компонентами оплата. Так, было ужо отмечено, что медь, остающаяся в свинце после обработки по способу значительно улучшает устойчивость его против серной кислоты и механическую сопротивляемость. Титан, остающийся в алюминии, изготовляемом, ухудшает, правда, электропроводность металла, но зато сообщает литому, а также рекристаллизованному материалу более мелкое зерно.
Это свойство титана используется также в различных литейных сплавах алюминия; применение его не считается, однако, достаточно надежным. Установление предельных значений "малых количеств примесей" довольно трудно. Некоторые элементы не оказывают заметного влияния на свойства даже при содержании порядка нескольких процентов. Так например, кобальт в никелевых сплавах попросту считают за никель. В этом случае металлы очень сходны и поэтому оказывают друг па друга весьма малое влияние.
Но также и в тех случаях, если элемент очень отличен от основного вещества, влияние его на определенные свойства обнаруживается иногда лишь при условии довольно высокого его содержания. Так, в красном литье и в белых сплавах допускается содержание нескольких процентов свинца, причем влияние его вовсе не учитывается. Поэтому под малыми количествами примесей понимают иногда содержание их до 5% и выше; во всяком случае сюда относят примеси в содержанием до 1% даже тогда, когда они оказывают очень сильное влияние.
Чистые металлы: Верхняя граница содержания примесей, до которой применяемые в технике металлы еще считаются чистыми, даже у важнейших, употребляемых в чистом виде металлов лежит выше 1%. Для алюминия еще обычной считалась чистота 99,0%; в последние годы однако, она достигла уже 99,5% и выше, а теперь возможно получать даже 99,8%. В Америке алюминий чистоты около 99.95% изготовляется даже в небольших количествах в заводском масштабе. Влияние примесей даже в незначительных количествах в более чистых сортах металлов на различные их свойства довольно значительно.
Электролитическая медь содержит в виде основных загрязнений кислород и водород, которые сказываются вредно на дальнейшей ее обработке. Кислород кроме того неблагоприятно влияет при отжиге меди в восстановительной атмосфере. Из загрязнений, присутствующих в меди в чрезвычайно малых количествах, необходимо отметить висмут и свинец, как особенно вредные примеси, которые сообщают меди горячеломкость.
Источник: prikladnoe-metallovedenie.ru
Влияние добавок H2O
В работе ставилась задача уточнить влияние добавок H2O и CO2 на ход восстановления агломератов окисью углерода при переменной температуре в слое материалов и при массовой скорости газового потока, приближающейся к наблюдаемой в доменных печах.
Опыты проводили по описанной выше методике на установке в интервале температур 400 900°С с тремя типами железорудных материалов крупностью 2 3 мм. Материалы при прочих равных условиях опытов восстанавливали сухой смесью 40% СО+60% N2 и влажными смесями, содержавшими 1,4; 3,0; 5,0 и 10,0% H2O. Водяной пар вводили в смесь за счет азота при постоянной во всех случаях концентрации восстановителя (40% 00).
Из работы следует, что эффект торможения добавками H2O и CO2 существенно снижается с ростом температуры. Такой вывод закономерен в опытах с применением вакуумной методики, когда торможение процесса обусловлено главным образом адсорбционными явлениями. Температура и концентрация H2O по-разному сказываются на изменении интенсивности восстановления различных материалов.
Небольшие добавки водяного пара (до 5%) мало влияют на результаты восстановления окатышей с высоким содержанием гематита в начальных стадиях процесса (при 400 600°С), когда протекает преимущественно превращение Fe20, Fe3C4. Скорость восстановления агломерата В гораздо ниже, чем для материалов А и Б, и она растет непрерывно вплоть до 900°С, при которой скорости восстановления всех материалов нивелируются.
Одновременно с торможением восстановления водяной пар существенно замедляет реакцию распада окиси углерода, которую наблюдали, как и в исследованиях, при 500 и 600°С. Начиная с 700°С отложившийся ранее сажистый углерод участвовал в восстановлении окислов железа, но вплоть до 900°С обычно успевало реагировать не более 50 60% этого углерода. Подобная картина наблюдалась и на противоточной установке.
Роль реакции водяного газа: В предварительном исследовании установлено, что при 500°С и выше агломераты оказывают заметное каталитическое действие на реакцию водяного газа. Каталитическая активность материалов возрастает с увеличением восстановимости.
С повышением содержания паров воды в исходном газе степень их превращения по реакции уменьшается. Для каждого материала при одинаковой температуре отношение "констант скорости реакций сравнительно постоянно и мало зависит от концентрации водяного пара в исходном газе. Следовательно, выражение в какой-то мере характеризует отношение действительных констант скоростей реакций. Во всех случаях константы скорости для реакции значительно больше, чем для реакции.
Иначе говоря, из двух параллельно протекающих конкурирующих процессов восстановления паров воды и окислов железа окисью углерода первый в среднем развивается значительно быстрее второго. С повышением температуры (для окатышей А и агломерата Б от 400 до 700°С, а для агломерата В от 400 до 900°С) отношение констант скоростей уменьшается. Это свидетельствует о том, что скорость реакции растет с повышением температуры слабее, чем скорость реакции, и кажущаяся энергия активации третьей реакции меньше, чем у первой.
Дальше...
Испытание на горячеломкость
Образование трещин в сплавах, связанное с их горячеломкостью, вызывает необходимость установления степени горячеломкости путем подходящего метода испытания. Так, образец оставляют, например, затвердевать в условиях, при которых он с момента начала сокращения в твердом состоянии несет определенную нагрузку. В других случаях просто проводят испытания на удар при различных температурах.
Подобные испытания проводились Арчбуттом, Гроганом и Дженкином с образцами без запила размером 10 X 10 X 60 мм, отлитыми в кокиль из различных алюминиевых сплавов. Только при переходе за определенную для каждого сплава температуру, работа удара сильно падает, так как образцы становятся хрупкими. В этой области горячеломкости кривая работы удара для различных сплавов имеет весьма различную крутизну.
Наконец, достигается температура, при которой сплав не оказывает более никакого сопротивления, так как он расплавляется. Нижняя граница области горячеломкости выражена, таким образом, довольно резко. Верхнюю границу Арчбутт, Гроган и Дженкин пытаются определять путем микроскопического наблюдения начала расплавления. Для сплавов в 4% Си и сплавов с 2,75% Си и 13% Zn (немецкий сплав) микроскопический анализ не дает ясной картины.
Такое определение верхней границы, правда, совершенно произвольно, потому что в действительности начинающаяся горячеломкость может вызываться уже самыми малыми количествами жидкой составляющей. Но начальная стадия расплавления, очевидно, ускользает от наблюдения. С другой стороны, горячий излом в отливке наступит лишь в том случае, если сопротивляемость материала ослаблена уже более значительно, т. е. когда расплавилось уже большее количество сплава.
При этом мог бы оказать нам известную помощь микроскопический анализ. Однако они все же дают некоторое объяснение различной склонности сплавов к образованию трещин при кокильном литье. Установлено, что силумин вообще не дает трещин, затем следуют почти равноценные в этом отношении сплав Y и сплав с 4% Си и 3% Si. Американский сплав сказывается уже гораздо более чувствительным; из сплава же VI Си вообще не удается получать годных отливок.
Горячие трещины: С точки зрения характеристики материала целесообразнее отличать трещины, возникающие в горячем состоянии при очень высоких температурах, от холодных трещин, возникающих в процессе охлаждения или посте него. При горячих трещинах на поверхности излома обнаруживают часто отделяющиеся друг от друга кристаллы, особенно в сплавах, которые состоят преимущественно из кристаллов твердого раствора.
Создается впечатление, что в момент разрыва металл между кристаллами был жидким. Причину образования трещин в горячем состоянии нужно искать в том, что при охлаждении уже затвердевшие части отливки стремятся сократиться. При этом они встречают сопротивление со стороны формы или, если это препятствие может быть устранено, как например, при кокильном литье, со стороны отдельных частей отливки, охлаждающихся с другой скоростью.
Дальше...