材料加工原理第6章材料加工过程中的化学冶金PPT课件

CaCO623FF=ee23COOa34O==
+46 FFCeeO3OO2↑+4
+ O2 O（2545℃～
910℃）
MgCO43M=nMOg2 O= 2+MCnO2O2↑3 +（O3225℃～ 650℃）
6 Mn2O3 = 4 Mn3O4 + O2
第九章 液态金属的净化与精炼
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表6-2 碳钢焊条电弧焊焊接区室温时的气相成分
如纤维素的热氧化分解反应： （C6H10O5）m＋7/2m O2（气）＝6m CO2（气）＋5m H2（气）
第九章 液态金属的净化与精炼
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2．碳酸盐和高价氧化物的分解
碱性焊条药皮中碳酸盐的含量较高。
碳高酸价盐氧（化C物a（COF3e、2OM3 g和COM3n及O2B）a的CO分3解等） 的（分在解某些酸性焊条药皮中含量较高）
金属材料中Zn、Mg、Pb、Mn 氟化物中AlF3、KF、LiF、NaF 后果：
极易蒸发
合金元素的损失；
产生焊接缺陷；
增加焊接烟尘，污染环境，影响焊工身体健康。
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4、气体的分解
简单气体（指N2、H2、O2、F2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下
第九章 液态金属的净化与精炼
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材料成形(铸造、焊接时)的高温过程中，金属液化， 与其周围的接触物质（气体、熔渣、形壁等）发 生不同的物理化学反应—化学冶金过程。
可能改变液态金属的化学成分。
影响固化后金属的物理化学性能。
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第一节 导论
一、液态成形的化学冶金特点
主要发生在熔炼过程，包括炼钢、炼铁
2.9
41.2
12.6
低氢型（J427）
79.8
16.9
1.8
1.5
低氢型焊条焊接时，气相中H2和H2O的含量很少，故称“低氢型”
酸性焊条焊接时氢含量均较高，其中纤维素型焊条的最大。
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3．材料的蒸发
焊接过程中，除了焊接材料和母材表面的水分发生蒸 发外，金属元素和熔渣的各种成分在电弧高温作用下也会 发生蒸发，形成相当多的蒸气。
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(3)熔池反应区
焊接化学冶金反应的最后阶段。 特点： 1）平均温度较低： 1600-1900℃
前后部温差大，反应方向不同。 2）比表面积小，但存在（反应）时间较长。 3）熔池中金属、熔渣不断更新(renewing)。
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第二节 液态金属与气体界面的反应
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气 相 体 积 分 数
Φ/
%
温度 T /×103K 图7-3 H2O分解形成的气相成分与温度的关系（P0＝0.1MPa）
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铸造过程中的气体来源
1．气体的来源
铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和 铸型。
浇铸熔注型炼过过来程程自铸浇型包气中未体的烘主气干要体，来主铸要自型是浇各型注种砂系炉中统料的设、水计分炉不。气当即，、使铸炉烘型
药皮类型 高钛型（J421）
气相成分（体积分数） /%
CO
CO2
H2
H2O
46.7
5.3
34.5
13.5
备注
钛钙型（J422）
50.7
5.9
37.5
5.7
钛铁矿型（J423） 48.1
4.8
焊条在
36.6
10.5
110℃
氧化铁型（J424） 55.6
7.3
24.0
13.1
烘干2h
纤维素型（J425） 42.3
还可进一步分解和电离。
编号 1 2 3 4 5
反应式
H
298/kJ.mol
F2＝F＋F
－270
H2＝H＋H
－433.9
H2＝H＋H+＋e
－1745
O2＝O＋O
－489.9
N2＝N＋N
－711.4
编号 6 7 8 9 10
反应式
CO2＝CO＋1/2O2 H2O＝H2＋1/2O2 H2O＝OH＋1/2H2
H2O＝H2＋O H2O＝2H＋O
H
298
/kJ.mol
－282.8
－483.2
－532.8
－977.3
－1808.3
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气
相
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分 解 度
积 分 数
Φ/
α
%
温度 T / K
双原子气体分解度α与温度 的关系（P0＝0.1MPa）
温度 T / K
CO2分解时气相的平衡成分 与温度的关系
（化学过程）
3)先期脱氧：Mn+CO2→MnO+CO Si+2FeO→2Fe+SiO2
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(2)熔滴反应区
特点： 1）温度高 1800-2400℃ 2）比表面积大
极大的液态金属-气体/熔渣 相界面大大加速了冶 金反应 3）反应时间短(熔滴存在时间小于1s） 4）熔滴金属与熔渣发生强烈的混合：化学反应激 烈、充分进行
空气中的气体、水分 保护气体及其杂质气体
焊接区的气体
N2、H2、O2 CO2 和 H2O
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1．有机物的分解和燃烧
酸性焊条药皮中有机物的含量较高。
焊条药皮中的淀粉、 热氧化分解反应
纤维素、糊精等有机物
（造气、增塑剂）
220~250℃以上发生，
800℃左右完全分解
CO2、CO、H2、烃和水气
一、气体来源
1、液态成形过程中气体来源 （1）熔炼：炉和环境气氛 H2O、N2、H2、O2、
CO2、CO （2）铸造：水气、有机物、空气、型砂、粘结剂
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焊接区内的气体来源
间接分解
焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂 高价氧化物及有机物的分解气体
直接进入 母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分
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（1）药皮反应区
造渣反应区。焊条端部加热到100-1200℃（焊条熔 点）的区域。
主要发生水的蒸发、固态药皮成分中的相互作用及分 解反应：
1)分解：CaCO3→CaO+CO2↑ 有机物→H2+CO+H2O 高价氧化物分解
2)除水：a.水分蒸发（物理过程）
b.结晶水，水化合物分解
一般的化学反应：氧化、脱氧、脱硫、脱磷和合金化 等
温度较低(1600℃左右),液态金属体积较大,熔炼时间 较长,反应可以达到或接近平衡状态。
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二、焊接过程的化学冶金特点
以典型的手工焊条焊接为例:
1.熔渣(已凝固)slag 2.液态熔渣molten slag 3. 熔滴droplet 4.焊芯core wire 5.药皮covering /coating 6.熔池molten pool /weld pool 7.焊缝金属WM