PPT《第七章 液态金属与气相的相互作用》

2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等.(2)铸型 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.(3)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.

第七章 液态金属与气相的相互作用

(二)铸型内的气体浇注时,液态金属与铸型界面将发生化学反应,从而产生大量气体.

1、氧化―分解反应(1)水蒸气与合金元素反应 在液态金属的热作用下,铸型中的水分被蒸发,粘土中的结晶水发生分解,此时产生大量的水蒸气.高温水蒸气压力很大,不可能完全通过铸型及时排除,在界面处与液态金属发生化学反应.(2)固体碳燃烧 界面处及砂粒间的自由氧使合金氧化,同时使造型材料中的碳及有机物燃烧,产生CO和CO2. (3)砂型组分分解 高温下砂型组分也会发生分解反应,释放出气体.树脂砂中的尿素、乌洛托品[(CH2)6N4]等在高温下,首先分解生成氨(NH3)

2、气相的平衡 经氧化―分解反应后,在液态金属与铸型界面处形成的气相成分主要有H2O、H

2、CO、CO2,还有少量的N2和NH4等.铸型表面残留的固体碳将继续与气相发生相互作用

第七章 液态金属与气相的相互作用 同样可得出其余反应式的平衡常数,它们与温度的关系如表7-所示.由表可见,在高温平衡状态下,液态金属与铸型界面处气相成分中H2和CO含量较高,CO2含量较少.

第七章 液态金属与气相的相互作用 铸型内气体的成分在不同的铸型内浇注铁液后,铸型内气体成分与浇注后停留时间的关系如图7-4所示.可见,铸型内气相的成分主要是H

2、CO和CO2,在含氮的树脂砂型

第七章 液态金属与气相的相互作用 有机物铸型因热分解速度比无机物铸型快得多,所以浇注后O2含量迅速降低,H2含量迅速上升;

无机物铸型则由含O

2、CO2较高的氧化性气氛转变为以H2和CO为主的还原性气氛.此外,浇注温度越高,铸型自由碳越多,越有利于还原气氛的形成;

反之,N2及氧化性气体CO

2、O2含量较高,而H

2、CO含量较低.总之,铸型内的气相组成和含量是随温度、造型材料种类、浇注后停留的时间等因素的变化而变化的.

第七章 液态金属与气相的相互作用

第二节 气体在金属中的溶解在焊接和熔铸过程中,与液态金属接触的气体可分为简单气体和复杂气体两大类.前者如 H

2、N

2、O2等,后者如CO

2、H2O、CO等.本节主要讨论 H

2、N2和O2在金属中的溶解规律.

一、气体的溶解过程 气体在高温下可以分子、原子或离子状态存在.原子或离子状态的气体可直接溶入液态金属,而分子 状态的气体必须分解为原子或离子,才能溶解到液态金属中.双原子气体溶解于液态金属的动力学过程如图75所示,一般有两种方式.氮在高温下多呈分子状态,故其溶解过程以图75a所示的方式为主,该过程可分为以下四个阶段:1)气体分子向金属-气体界面上运动.2)气体被金属表面吸附.3)气体分子在金属表面上分解为原子.4)原子穿过金属表面层向金属内部扩散.氢在高温时分解度较大,电弧温度下可完全分解为原子氢,故焊接时氢的溶解过程以图7-5b所示的方式为主