Металды инертті газдармен үрлегенде (ол үшін көбінесе ең арзан және қолжетімді газ - аргон қолданылады) ванна арқылы мыңдаған газ көпіршіктері өтеді. Осы көпіршіктердегі сутектің парциалды қысымы нольге тең, сондықтан, олар металды сутектен тазартады. Газды жоюмен қатар аргонмен үрлеу металды араластыру, оның құрамын және температураны реттеуге мүмкіндік туғызады.
Кристалданған металды жоғары температурада ұстау
Сутек атомдары өлшемдері өте кішкентай, олар кристаллданған болаттың кристаллдық торы арқылы оңай араласады, әсіресе жоғары температурада. Ауада немесе пеште жайлап салқындатылатын үлкен емес қима үлгілерінде жоғары температурада еріген сутек тепе - теңдік ерігіштігіне сәйкес ерітіндіге дейін түгел дерлік шығарылады (ауадағы Н2О мөлшеріне байланысты). Металдағы сутек мөлшерін 100г сынама үлгісіне сантиметр кубпен өрнектейді. Әдетте сұйық болаттағы сутек мөлшері жұмыс әдісіне қарай 100г металға 4 - тен 10см3 - қа дейін ауытқиды. Бұйымның массасы жоғары болған сайын қатқан металдан сутекті шығару қиындайды. Сондықтан, сапалы металдың барлық кесектері ұзақ уақыт бойы жоғары температурада тұрады, сол үшін цехтарда арнайы аралық болады. Жауапты бұйымдар жасалынатын өте үлкен кесектер үшін (30т) бұл әдіс керекті нәтиже бермейді, сондықтан, бұндай кесектерді вакуум астында құяды.
Гидридтүзуші элементтердің қосымшалары
Кейбір металдар (мысалы, сирек жер металдар) сутекпен әрекеттесіп гидридтер түзеді. Металға бұл элементтерді енгізгенде флокен сияқты ақаулар азаяды.
Болаттағы сутекпен күресудің көп әдістеріне қарамастан, металға сутектің түсуін болдырмау үшін барлық әдістерді қолдану керек (ауаның, оттектің, отынның минимал ылғалдылығы, қосымша материалдардағы минимал ылғалдылық және т.б.).
Азоттың ерігіштігі
Болаттағы азот
Азот әрқашан дерлік болат балқыту агрегатының атмосферасында кездеседі. Азот сутегі сияқты болатта Сивертс заңы бойынша ериді:
[N] = К √pN2газ.
Азоттың металда еруі былай жазылады:
N2газ = 2[N].
Металлургиялық балқымалар температураларына сай келетін температура аймағында (1500 - 1600оС) азоттың газ фазасынан металға өту дәрежесі үлкен емес, бірақ, температура 2500°С - қа көтерілсе (мысалы, болатты доғалы электр пешінде балқытқанда электр доға аймағында ваннаны оттекпен үрлегенде оттекті ағынның металмен байланысы кезінде) азот молекулалары диссоциацияланады және металға азот атомдарының ену жылдамдығы күрт жоғарлауы мүмкін.
Металда азоттың еруіне оның құрамы да әсер етеді. Берік нитридтер түзетін қоспалар (хром, марганец, ванадий, титан, алюминий, церий және басқа сирек жер металдар), болаттағы азоттың ерігіштігін жоғарлатады. Нитрид түзбейтін (көміртегі, фосфор) немесе берік емес нитридтер түзетін (кремний), бірақ, өздері темірмен химиялық әрекеттесуге түсетін қоспалар азоттың ергіштігін азайтады.
Металда еріген азот түйіршіктерінің өлшемдері сутек түйіршіктері өлшемдерінен үлкен, металдағы диффузия жылдамдығынан төмен болады. Металдағы беттік - активті заттар азоттың фаза қатынастарының беті арқылы өтуіне кедергі келтіреді және азоттың жойылуын қиындатады.
Темірдегі азоттың ерігіштігі температура және металл құрамына тәуелді (сурет 3).
Сурет 3 - Темірдегі азоттың ерігіштігі
Сұйықтан қатты күйге немесе y - Fe - ның a - Fe - ға айналу кезінде металды тез салқындатқанда азоттың ерігіштігінің күрт төмендеуі, азотпен қаныққан қатты ерітінді түзілуге әкеледі, бұл ерітіндіні қолдану үрдісі кезінде түйіршіктер шекарасы бойынша қаттылықты, мортсыңғыштықты жоғарлататын және серпімділікті төмендететін нитридтер бөлінеді.
Азоты көп металды төмен температура жағдайында қолданғанда металл қасиеттерінің нашарлауы зиянды болып саналады.
Төменде азот мөлшері төмен болат алу үшін қолданылатын шаралар көрсетілген:
1) азот бойынша таза шикіқұрам материалдарын қолдану;
2) ваннаның қайнауын ұйымдастыру (СО көпіршіктерімен азотты жою) немесе металды инертті газдармен үрлеу;
3) өте жоғары температура аймағында азотқұрамды атмосферамен металдың байланысын болдырмау немесе осы аймақты жасанды салқындатуды болдырмау;
4) үрлеу үшін азот қоспалары жоқ оттекті қолдану;
5) болатқа нитридтүзуші элементтерді енгізгенде азотты берік нитридтерге әрекеттестіру (мысалы, төменкөміртекті «қартаймайтын» болат өндірісінде алюминийді қосу);
6) металды вакууммен өңдеу.
Бақылау сұрақтары:
1. Сұйық темірде және оның балқымаларында оттектің еру ерекшеліктері қалай жүреді?
2. Темірде және оның балқымаларында сутектің еруі қалай жүреді?
3. Металдағы сутекті азайту үшін қандай әдістер қолданылады?
4. Болатта азоттың ерігіштігінің ерекшеліктерін атаңыз.
5. Азоттың төмен мөлшері бар болат алуға мүмкіндік туғызатын негізгі шараларды атаңыз.
Глоссарий:
1. Стивертс заңы - 1 / 22(Г) = [Н]; КН = [Н] / ÖРН2; сәйкес [Н] = Кн ÖРН2.
2. Металда азоттың ерігіштігі - N2газ = 2[N].
Блиц - тест:
Нұсқа
1. Болаттағы сутектің көзі:
a) Қождамалар
b) Шикіқұрам
с) Қож
d) Вюстит
е) Оттекпен үрлеу
2. Болатта газдардың ерігіштігі неге байланысты?
а) Қысым және температура
b) Болат құрамы және оның туыстыққа қабілеті
c) Температура және болат құрамы
d) Тек температура
e) Ештеңеге байланысты емес
3. Металдағы сутек мөлшерін қандай арақатынаста жазады?
a) 100г - ға см3
b) 100г - ға см2
c) 100мг - ға м3
d) 100мг - ға м2
e) 100г - ға км2
4. Қандай элементтер сутек ерігіштігін төмендетеді?
a) Zn, Ti
b) Co, Cr
c) V, Ni
d) Si, O
e) Mn, Ce
5. Металды инертті газдармен үрлегенде қандай газ қолданылады?
a) He
b) Ar
c) Xe
d) Ne
e) Kr
6. Хром, алюминий, церий қандай қоспалар түзеді?
a) Берік нитраттар
b) Берік емес нитридтер
c) Берік нитридтер
d) Берік емес нитраттар
e) Қоспалар түзбейді
7. Түзілген нитридтер металға қалай әсер етеді?
a) Мортсыңғыштықты жоғарлатады және илемділікті төмендетіп, қаттылықты төмендетеді
b) Мортсыңғыштықты төмендетеді және илемділікті жоғарлатады, қаттылықты жоғарлатады
c) Мортсыңғыштықты жоғарлатады және илемділікті жоғарлатады, қаттылықты жоғарлатады
d) Мортсыңғыштықты жоғарлатады және илемділікті төмендетеді, қаттылықты жоғарлатады
e) Мортсыңғыштықты төмендетеді және илемділікті төмендетеді, қаттылықты төмендетеді
8. Металды инертті газдармен үрлегенде көпіршіктердегі сутектің парциалды қысымы неге тең?
a) 0 - ден аз
b) 0 - ден көп
c) 0 - ге тең
d) 1 - ге тең
e) 1 - ден көп
9. Металлургиялық балқымалардың температуралар аймағы:
a) 1000 - 1300оС
b) 1300 - 1500оС
c) 1500 - 1600оС
d) 1700 - 1800оС
e) 2600 - 2700оС
10. Қандай элементтерді енгізу флокендер түзілуді азайтады?
a) Сутекпен әрекеттеспейтін
b) Оттекпен әрекеттесіп гидридтер түзетін
c) Сутекпен әрекеттесіп тотықтар түзетін
d) Сутекпен әрекеттесіп гидридтер түзетін
e) Флокендер түзілу сутек немесе оттекке байланысты емес
Нұсқа
1. Көрсетілген әдістердің қайсысы металдағы сутектің мөлшерін азайту үшін ең тиімді?
a) Инертті газдармен үрлеу
b) Ванна қайнауын ұйымдастыру
c) Металды вакууммен өңдеу
d) Гидридтүзуші элементтердің қоспалары
e) Әдістердің ешқайсысы
2. Қандай себеп бойынша азот түйіршіктерінің диффузия жылдамдығы сутекке қарағанда аз?
a) Төмен температура
b) Сутекке қарағанда азот түйіршіктерінің өлшемдері кіші
c) Сутекке қарағанда азот түйіршіктерінің өлшемдері үлкен
d) Түйіршіктер өлшемдері ешқандай рөл атқармайды
e) Жоғары парциалды қысым
3. Кристаллдану температурасында сутек ерігіштігінің қандай өзгерісі байқалады?
a) 28 - ден 8см3 / 100г - ға дейін
b) 8 - ден 28м3 / 100г - ға дейін
c) 2 - ден 8см3 / 100г - ға дейін
d) 20 - дан 28м3 / 100г - ға дейін
e) 8 - ден 28см3 / 100г - ға дейін
4. Ерітіндіге өтетін оттек мөлшері неге тәуелді?
a) Қайнау температурасына
b) Металл бетіндегі газдың парциалды қысымына
c) Қож бетіндегі газдың парциалды қысымына
d) Металдың қалқу температурасына
e) Ванна бетіндегі парциалды қысымға
5. Қандай реакция бойынша вюститтің түзілуі жүреді?
a) хFe + [ N ] = (FexN) ж
b) N2газ = 2[N]
c) 1 / 2{ O 2} = [ O ]
d) хFe + [ O ] = (FexO) ж
e) хN + [ O ] = (NxO) ж
6. Элементтердің қай тобы ерігіштікке аз әсер етеді?
a) Цирконий, ванадий, ниобий
b) Фосфор, кремний, алюминий
c) Кобальт, никель, молибден
d) Церий, хром, көміртек
e) Кобальт, ванадий, хром
7. Ваннаны қайнатуды ұйымдастыру әдісі нені білдіреді?
a) СО көпіршіктермен күкіртті жою
b) СО2 көпіршіктермен күкіртті жою
c) NО көпіршіктермен азотты жою
d) NО көпіршіктермен азотты және күкіртті жою
e) СО көпіршіктермен азотты жою
8. Оттек концентрациясының шамасы неге тең?
a) eOO = - 0,20
b) eOO = - 0,30
c) eOO = 0,20
d) eOO = 0,30
e) eOO = 0,02
9. Сұйық темір оттекпен қаныққан кезде не болады?
a) Артық сульфидті фаза түзіледі
b) Газ көпіршіктері түзіледі
c) Артық гидрототықты фаза түзіледі
d) Артық нитридті фаза түзіледі
e) Артық оттекті фаза түзіледі
10. Металлургиялық балқымалар температураларына сәйкес болатын температура аймағында азоттың ауысу дәрежесі:
a) Металдан газ фазасына жоғары
b) Газ фазасынан металға жоғары
c) Ауысу дәрежесі температураға байланысты емес
d) Газ фазасынан металға жоғары емес
e) Металдан газ фазасына жоғары емес
