Константа равновесия процесса диссоциации при постоянном давлении р например для водорода н:

Кр = Р²Н /РН₂

Для оценки диссоциации используют понятие степень диссоциации α – отношение диссоциировавших молекул к их первоначальному числу, которую определяют по уравнению Нернста:

LgKPH₂=22570/Т – 1,504*lgT – 0,767

Задаваясь Т при Р=const определяем Кр ,а затем и степень диссоциации α.

Важность диссоциации при сварке:

1. газы в атомарном состоянии более химически активны и мало взаимодействуют с расплавленным металлом капель и сварочной ванны;

2. диссоциация газов в области высоких температур дуги с поглощением тепла идет одновременно с обратным процессом вблизи сварочной ванны с выделением тепла. Т.е. существует перенос тепла.

Растворение газов в расплавленном металле

Растворение газов в расплавленном металле происходит в каплях и в сварочной ванне, но менее интенсивно:

1. температура ванны ниже температуры капель;

2. отношение поверхности реакции к объему много меньше чем у капель.

Количество растворяющегося газа:

[C]r = a*e^-E/KT,

где а, К – const;

Е – теплота растворения;

Т – абсолютная температура.

Растворимость растет с ростом Т, но при Т_кип равна 0.

Стадии растворения:

1.адсорбция атомов газа поверхностью металла.

2.образование растворов и химических соединений в поверхностном слое – хемосорбция.

3.диффузия продуктов хемосорбции вглубь жидкого металла.

Адсорбция и хемосорбция идут мгновенно.

4. Химическая неоднородность сварного шва.

Даже в случае равновесной кристаллизации слои, кристаллизовавшиеся раньше, обеднены легирующими элементами и примесями, слои, кристаллизовавшиеся позднее напротив будут обогащены. Таким образом, возникает химическая неоднородность сплава.

При сплаве кристаллизация всегда протекает неравновесно, что усиливает химическую неоднородность сварного шва, т.к. выравнивание разности концентраций в жидком сплаве не успевает проходить, растворенный элемент в большей степени обогащает те объемы жидкости, которые кристаллизуются позднее. Это обычно междуосные пространства донного дендрита или междендритные пространства.

Такую микроскопическую неоднородность называют внутрикристаллической ликвацией.

С_i – концентрация легирующего элемента или примеси

С_то - концентрация легирующего элемента или примеси до сварки

С_т - концентрация легирующего элемента или примеси в ранее закристаллическом объеме

С_ф - концентрация легирующего элемента или примеси на межфазовой границе

С_ж - концентрация легирующего элемента или примеси в отсавшемся объеме жидкости

δ_эф – эффективная ширина пограничного слоя δ_эф≈ 10^-3 см.

R=

Билет №17

1. Термодинамические условия образования сварного

соединения в твердой фазе . Сварка однородных материалов

1.1. Идеальный случай – кристаллографические оси совпадают:

а) кристаллы не имеют дефектов;

б) поверхности кристаллов абсолютно чистые и ровные;

в) сближение кристаллов происходит в вакууме и ионы в узлах кристаллографической решетки располагаются точно друг против друга.

В результате сближения идеальных кристаллов химические связи между поверхностными ионами кристаллов. Поверхностные ионы окружены меньшим числом ионов и обладают избыточной энергией -F_n.

При сварке происходит уменьшение свободной энергии системы на величину 2F_n (исчезают обе поверхности):

т.е. процесс термодинамически выгоден.

1.2. Сварка однородных кристаллов с не совпадающими осями

Границы зерен с различно ориентированными кристаллографическими осями имеют упругие искажение кристаллической решетки в узкой пограничной области шириной в несколько атомных слоев. На эти упругие искажения расходуется энергия F_гр.

Термодинамически сварка таких кристаллов возможна, если она ведет к уменьшению свободной энергии ∆F < 0.

Энергия упругих искажений кристаллографической решетки:

+ F_гр

Энергия упругих искажений кристаллической решетки:

где G – модуль сдвига;

- вектор Бюргерса ≈ d;

μ – коэффициент Пуассона;

Θ – угол между плоскостями кристаллической решетки [радиан];

А – const (экспериментально);

Условие ∆F < 0 для кристаллов одного сплава всегда выполняется. Пример: для α – Fe при Θ = 60⁰, t = 1100⁰С, F_n = 1,95*10^-4 Дж/см², F_гр = 0,79*10^-4Дж/см².