復(fù)習(xí)資料第4章_材料成形過程中的化學(xué)冶金

1、復(fù)習(xí)資料：第復(fù)習(xí)資料：第4章材料成形過程中的化學(xué)冶金材料成形過程中的化學(xué)冶金1.1.焊接和鑄造過程中的氣體來源于何處？它們是如何產(chǎn)生的？焊接和鑄造過程中的氣體來源于何處？它們是如何產(chǎn)生的？答：焊接區(qū)內(nèi)的氣體：焊條藥皮、焊劑、焊芯的造氣劑，高價氧化物及有機物的分解氣體，母材坡口的油污、油漆、鐵銹、水分，空氣中的氣體、水分，保護氣體及其雜質(zhì)氣體鑄造過程中的氣體：熔煉過程，氣體主要來自各種爐料、爐氣、爐襯、工具、熔劑及周圍氣氛中的水分、氮、氧

2、、氫、CO2、CO、SO2和有機物燃燒產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏?。來自鑄型中的氣體主要是型砂中的水分。澆注過程，澆包未烘干，鑄型澆注系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)，鑄型透氣性差，澆注速度控制不當(dāng)，型腔內(nèi)的氣體不能及時排除等，都會使氣體進(jìn)入液態(tài)金屬。2.2.氮、氫、氧對金屬的質(zhì)量有何影響？氮、氫、氧對金屬的質(zhì)量有何影響？答：1)使材料脆化鋼材中氮、氫或氧的含量增加時，其塑性和韌性都將下降，尤其是低溫韌性下降更為嚴(yán)重。2)產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋是金屬冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的

3、一種裂紋，其危害性很大。氫是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。3)形成氣孔氮和氫均能使金屬產(chǎn)生氣孔。液態(tài)金屬在高溫時可以溶解大量的氮或氫，而在凝固時氮或氫的溶解度突然下降，這時過飽和的氮或氫以氣泡的形式從液態(tài)金屬中向外逸出。當(dāng)液態(tài)金屬的凝固速度大于氣泡的逸出速度時，就會形成氣孔。4)引起氧化和飛濺氧可使鋼中有益的合金元素?zé)龘p，導(dǎo)致金屬性能下降；焊接時若溶滴中含有較多的氧和碳，則反應(yīng)生成的CO氣體因受熱膨脹會使熔滴爆炸，造成飛濺，影響焊接過程

4、的穩(wěn)定性。此外應(yīng)當(dāng)指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有時故意在焊接材料中加入一定量的氧化劑，以減少焊縫的氫含量，改善電弧的特性，獲得必要的熔渣物化性能。3.3.COCO2、H2O和空氣在高溫下對金屬的氧化性哪個大？和空氣在高溫下對金屬的氧化性哪個大？答：在液態(tài)鐵存在的溫度，空氣對金屬的氧化性是最大的，而H2O氣的氧化性比CO2小。4.4.控制鑄件或焊縫氮含量的重要措施是什么？控制鑄件或焊縫氮含量的重要措施是什么？答：1限制氣體的來

5、源氮主要來源于空氣，控制氮的首要措施是加強對金屬的保護，防止空氣與金屬接觸。2控制工藝參數(shù)金屬中氮的含量與工藝參數(shù)密切相關(guān)。應(yīng)盡量采用短弧焊。焊接電流增加時，熔滴過渡頻率增加，氣體與熔滴作用時間縮短，焊縫中氮含量減少。此外，焊接方法、熔滴過渡特性、電流種類等也有一定的影響。3冶金處理采用冶金方法對液態(tài)金屬進(jìn)行脫氮除氣處理，是降低金屬中氣體含量的有效方法。液態(tài)金屬中加入Ti、Al和稀土等對氮有較大親和力的元素，可形成不溶于液態(tài)金屬的穩(wěn)定氮

6、化物而進(jìn)入溶渣，從而減少金屬的氮含量。5.5.如何控制鑄件或焊縫氫的含量？如何控制鑄件或焊縫氫的含量？1）熔渣的凝固溫度和密度主要取決于熔渣的成分，以一定比例構(gòu)成的復(fù)合渣可使凝固溫度大大降低，一般保持熔渣熔點低于金屬熔點100~200?C，熔渣的粘度與它的化學(xué)成分有關(guān)，含SiO2多的渣粘度大，含TiO2多的熔渣粘度小，熔渣表面張力主要取決與熔渣組元間化學(xué)鍵鍵能，酸性渣一般為共價鍵，表面張力小，堿性渣多為離子鍵，表面張力大，堿度大，表面張

7、力大。9、熔渣的物理性能對熔焊質(zhì)量有什么影響？、熔渣的物理性能對熔焊質(zhì)量有什么影響？答：1）熔渣的熔點過高，在金屬熔煉和熔焊的過程中，將不能均勻覆蓋在液態(tài)金屬表面，保護效果差，還會影響焊縫外觀成型，產(chǎn)生氣孔和夾雜，一般熔渣熔點低于焊件熔點100~200攝氏度。2）熔渣密度影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對位置與相對速度，要保證熔渣與金屬密度接近防止形成夾雜。3)熔渣的粘度越小，流動性越好，擴散越容易對冶金反應(yīng)進(jìn)行有利，焊接工藝要求出發(fā)，焊接熔渣

8、粘度不能過小，否則容易流失，影響熔池在全位置焊時的成形和保護。4)熔渣的表面張力與液態(tài)金屬間界面張力對于冶金過程動力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護效果及焊縫外觀成型。10、為什么、為什么FeO在堿性渣中活度系數(shù)比在酸性渣中大？這是否說明堿性渣的氧在堿性渣中活度系數(shù)比在酸性渣中大？這是否說明堿性渣的氧化性高于酸性渣？為什么？化性高于酸性渣？為什么？答：1）渣中SiO2、T

9、iO2等酸性氧化物較少，F(xiàn)eO大部分以自由態(tài)存在，即FeO在渣中活度系數(shù)比在酸性渣中大。2）但這并不能說明堿性渣的氧化性大于酸性渣3）雖然堿性渣中FeO的活度系數(shù)大，但堿性渣中FeO的含量并不高，因此堿性渣對液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣小11、冶煉與熔焊過程中熔渣的氧化性強會造成什么不良的后果？、冶煉與熔焊過程中熔渣的氧化性強會造成什么不良的后果？答；熔渣氧化性強，渣中的FeO更易向金屬中擴散，使液態(tài)金屬中增氧，熔煉液態(tài)金屬增氧容易侵蝕爐襯

10、，焊縫中增氧可能產(chǎn)生氣孔等缺陷。12、采用堿性焊條施焊時，為什么要求嚴(yán)格清理去焊件坡口表面的鐵銹和氧化、采用堿性焊條施焊時，為什么要求嚴(yán)格清理去焊件坡口表面的鐵銹和氧化皮，而用酸性焊條施焊或皮，而用酸性焊條施焊或CO2焊時對焊前清理的要求相對較低？焊時對焊前清理的要求相對較低？答：這種現(xiàn)象可以用熔渣的分子理論來解釋。堿性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物較少，F(xiàn)eO大部分以自由狀態(tài)存在，即FeO在渣中的活度系數(shù)大，因而容易向金屬中擴散，

11、使液態(tài)金屬中增氧。所以在堿性焊條藥皮中一般不加入含F(xiàn)eO的物質(zhì)，并要求焊接時嚴(yán)格清除在焊件表面上的氧化皮和鐵銹，否則將使焊縫增氧并可能產(chǎn)生氣孔等的缺陷。而在酸性渣中，SiO2、TiO2等的酸性氧化物較多，它們能與FeO形成復(fù)雜的化合物（如FeO、SiO2），使自由的FeO減少，故在熔渣中FeO含量相同的情況下，擴散到金屬中的氧較少，CO2焊采用MnSi沉淀脫氧，CO2焊脫氫能力強，所以用酸性焊條施焊或CO2焊時對焊前清理的要求相對較低。