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1、气体在金属中的溶解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 前者如单气体和复杂气体两大类 前者如H2 N2 O2等 后者等 后者 如如CO2 H2O CO等 本节主要讨论等 本节主要讨论 H2 N2 和和 O2 在金属中的溶解规律 在金属中的溶解规律 一 气体的溶解过程一 气体的溶解过程 二 气体的溶解度二 气体的溶解度 一 气体的溶解过程一 气体的溶解过程 原子或离子状态原子或离子状态 直接溶入直接溶入液态金属 液态金属 分子状态分子状态的气体的气体 先分解先分解为原子或离子之后再溶为原子或离
2、子之后再溶 解到液态金属中 解到液态金属中 双原子气体溶入金属液的两种方式 双原子气体溶入金属液的两种方式 吸附吸附 分解分解 溶入溶入 分解分解 吸附吸附 溶入溶入 双原子气体溶入金属液的两种方式双原子气体溶入金属液的两种方式 温度不够高或气体难以分解时温度不够高或气体难以分解时 焊接温度下氢 氧等气体的溶解焊接温度下氢 氧等气体的溶解 二 气体的溶解度二 气体的溶解度 溶解度溶解度 在一定温度和压力条件下 气体溶在一定温度和压力条件下 气体溶 入金属的饱和浓度 入金属的饱和浓度 溶解度溶解度S的的 影响因素影响因素 气体种类气体种类 合金成分合金成分 温度温度与压力与压力 1 温度和压力的
3、影响 温度和压力的影响 理想气体溶解度的平方根定律 理想气体溶解度的平方根定律 Px 为为气体分压气体分压 Px 溶解度溶解度 Kx 为常数 取决于为常数 取决于温度温度和和金属金属的种类 的种类 xx PkS 金属吸收气体为吸金属吸收气体为吸 热反应 溶解度随温热反应 溶解度随温 度的升高而增加 金度的升高而增加 金 属吸收气体为放热反属吸收气体为放热反 应 溶解度随温度的应 溶解度随温度的 上升而降低 上升而降低 气体溶解度与热效应和温度的关系气体溶解度与热效应和温度的关系 1 吸热溶解 吸热溶解 2 放热溶解 放热溶解 溶溶 解解 度度 温度温度 1 2 金属发生相变时 金属发生相变时
4、由于金属组织结构的由于金属组织结构的 变化 气体的溶解度变化 气体的溶解度 将发生突变 液相比将发生突变 液相比 固相更有利于气体的固相更有利于气体的 溶解 溶解 当金属由液相转变当金属由液相转变 为固相时 溶解度的为固相时 溶解度的 突然下降将对铸件和突然下降将对铸件和 焊件中气孔的形成产焊件中气孔的形成产 生直接的影响 生直接的影响 氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向 气体气体 金金 属属 与与 合合 金金 溶解反应类型溶解反应类型 形成化合物倾向形成化合物倾向 氮氮 铁和铁基合金铁和铁基合金 吸热反应吸热反应 能形成稳定氮
5、化物能形成稳定氮化物 Al Ti V Zr等金属及合金等金属及合金 放热反应放热反应 氢氢 Fe Ni Al Cu Mg Cr Co 等金属及合金等金属及合金 吸热反应吸热反应 不能形成稳定氢化物不能形成稳定氢化物 Ti Zr V Nb Ta Th 等金属及合金等金属及合金 放热反应放热反应 能形成稳定氢化物能形成稳定氢化物 2 氮 氢 氧在金属中的溶解度 氮 氢在铁中的溶解度氮 氢在铁中的溶解度 PN2 PH2 0 1MPa 氮 氢在金属凝固氮 氢在金属凝固 时溶解度陡降 时溶解度陡降 氮 氢在奥氏体中的氮 氢在奥氏体中的 溶解度大于铁素体 溶解度大于铁素体 氮 氢在液态铁中的溶解氮 氢在液
6、态铁中的溶解 度随温度升高而增大 度随温度升高而增大 在铁的气化温度附近 在铁的气化温度附近 气体溶解度陡降 气体溶解度陡降 SH mL 100g 1 T 图图7 9 氢在不同金属中的溶解度随温度的变化 氢在不同金属中的溶解度随温度的变化 pH2 0 1MPa a I类金属类金属 b II类金属类金属 a SH mL 100g 1 T b 第第II类金属吸氢过程是放热反应 因此随类金属吸氢过程是放热反应 因此随 着温度的升高 氢的溶解度减小 着温度的升高 氢的溶解度减小 温度温度 T 溶 解 度 溶 解 度 SO 氧在金属中的溶解度氧在金属中的溶解度与温度的关系与温度的关系 氧在液态铁中的溶解度随氧在液态铁中的溶解度随 温度升高而增大温度升高而增大 3 合金成分对溶解度的影响 氢在二元系铁合金中的溶解度 1600 氢 溶 解 度 SH ml 10 0g 1 合金元素含量wMe 氮在二元系铁合金中的溶解度 1600 合金元素含量wMe 氮 溶 解 度 SN 液态金属中加入能提高气体含量的合金元素 可提高气体的液态金属中加入能提高气体含量的合金元素 可提高气体的 溶解度 若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物 即溶解度 若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物 即 氮 氢 氧化合物 则降低气体的溶解度 氮 氢 氧化合物 则降低气体的溶解度
