鐵碳合金薄帶氣-固反應(yīng)脫碳動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、本研究在Ar-H2-H2O弱氧化氣氛條件下，以高碳鐵碳合金薄帶的脫碳反應(yīng)作為研究對(duì)象，進(jìn)行氣—固脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括脫碳速率的影響因素、薄帶內(nèi)部碳濃度的分布、脫碳反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)等動(dòng)力學(xué)分析。提出了改善脫碳動(dòng)力學(xué)條件、提高脫碳效果的方法。
　　實(shí)驗(yàn)以初始碳含量、厚度、脫碳溫度、時(shí)間和氣氛條件為變量，以單因素法對(duì)脫碳反應(yīng)進(jìn)行研究。脫碳反應(yīng)采用初始碳含量分別為4.2％和3.2%鐵碳合金薄帶為實(shí)驗(yàn)原料，薄帶厚度分別為0.6

2、mm、1.0mm、1.5mm和2mm，脫碳溫度為1293~1413K，脫碳時(shí)間為10~80min。
　　研究結(jié)果表明鐵碳合金薄帶氣—固脫碳反應(yīng)為表觀一級(jí)反應(yīng)，脫碳反應(yīng)活化能144.9KJ/mol，與奧氏體相區(qū)碳的擴(kuò)散活化能理論值Q=140KJ/mol基本相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明碳從薄帶內(nèi)部向反應(yīng)界面的擴(kuò)散是限制性環(huán)節(jié)。根據(jù)升高溫度提高脫碳速率的結(jié)論提出了分段加熱脫碳法，采用分段加熱法初始碳含量為4.15%的2mm鐵碳合金薄帶的碳含量在7

3、0min內(nèi)可以由原恒溫法的0.98脫除到0.28%。
　　實(shí)驗(yàn)通過單因素法分析影響脫碳速率的因素，得出了碳含量定量關(guān)系的函數(shù)表達(dá)式。
　　在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，脫石墨層深度均與時(shí)間的二分之一次方呈良好的線性關(guān)系，y=Ct1/2。薄帶厚度越厚，溫度越高，脫石墨層向中心推移地越快。通過計(jì)算得到1293K溫度下表觀擴(kuò)散系數(shù)D=3.4~3.5×10-7cm2/s，與擴(kuò)散系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值基本一致，由此可以證明在整個(gè)脫碳過程中脫碳反應(yīng)的限制性環(huán)