к^Чтобы провести эксперименты в условиях, близких к сварочным, нами разработана и изготовлена специальная установка [274], принципиальная схема которой описана в параграфе 2 гл. 3.

5. Результаты изучения поверхностных свойств металлов

Поверхностное натяжение — одно из основных свойств жидкого металла — давно привлекает внимание исследователей, и его изучению посвящено большое число экспериментальных и теоретических работ, результаты которых обобщены в виде обзорных статей и монографий [142, 226. 269]. Однако если работы по определению поверхностного натяжения легкоплавких металлов (ртуть, олово, свинец) проводились уже в прошлом столетии [142], то поверхностные свойства железа и его сплавов исследованы сравнительно недавно. Первые работы по определению поверхностного натяжения сплавов на основе железа в расплавленном состоянии выполнены Ф. Зауэрвальдом с сотрудниками в 1929 г., но они не были связаны с какими-либо определенными практическими задачами и имели лишь познавательный характер. Отечественные исследователи, и в числе первых И. А. Андреев, Б. В. Старк, С. И. Филиппов, измеряли поверхностное натяжение для изучения процессов раскисления и обезуглероживания, для установления взаимосвязи между величиной поверхностного натяжения жидкой стали и ее технологическими свойствами в твердом состоянии и для решения других практических задач. Эти исследования явились отправной точкой в изучении поверхностных явлений в связи с различными процессами металлургии. За сравнительно короткое время выполнено довольно большое число работ, и интерес к изучению этого вопроса не ослабевает.

Поскольку на практике приходится иметь дело не с чистыми металлами, а с их сплавами, основным направлением в исследованиях было определение влияния отдельных компонентов на поверхностное натяжение расплавов. Эксперименты, проведенные отечественными и зарубежными исследователями, показали, что поверхностное натяжение металлических расплавов зависит от того, какие элементы находятся в них и в каком количестве, а также от температуры и газовой среды.

Рис. 10. Влияние массового содержания углерода на поверхностное натяжение железа по данным различных исследователей:

/ — 1339]; 2 — 192]; 3 — 1138]; 4 — 1143].

( Несколько работ посвящено изучению влияния углерода на поверхностное натяжение железа. Их авторы получили существенно отличающиеся результаты, некоторые из них представлены на рис. 10.

Анализ результатов всех работ, посвященных исследованию влияния углерода на поверхностное натяжение железа, позволяет предположить, что наиболее достоверные сведения получены в работах [38 , 43, 97, 124 , 302], согласно которым углерод обладает незначительной поверхностной активностью в сплавах Ре—С. Такое заключение можно сделать потому, что в работе [336] исходное железо было недостаточно чистым, о чем свидетельствует довольно низкое первоначальное значение его поверхностного натяжения. Отсутствие влияния углерода на поверхностное натяжение железа, отмеченное в работе [339], можно объяснить только тем, что авторы этих работ считали плотность расплава при изменении содержания в нем С неизменной. Однако, по данным [295], введение углерода в железо понижает его плотность. Незначительная поверхностная активность углерода в сплавах Ре—С обнаружена и нами [82].

Если относительно поверхностной активности углерода в железе существуют различные мнения, то поверхностная активность серы в железе и сплавах на основе железа не вызывает сомнений. Всеми авторами, изучавшими влияние серы на поверхностное натяжение расплавов, отмечена ее высокая поверхностная активность [39, 40, 124, 339], хотя по абсолютной величине значения поверхностного натяжения при одних и тех же концентрациях серы, полученные различными исследователями, несколько отличаются друг от друга. При исследовании поверхностной активности серы в сплавах на основе железа обнаружена зависимость ее поверхностной активности от наличия в расплаве различных примесей. Значительной поверхностной активностью в расплаве железа обладают селен и теллур [268].

Изучение влияния фссфсра на псЕерхностнсе натяжение покаеало, что фосфор является псЕерхностно-активным компонентом как в технически чистом железе [58, 93, 226], так и в сплавах Ре—С [57] и и Ре—О [37]. При этом его поверхностная активность зависит от содержания в железе углерода и кислорода. Повышение концентрации углерода в расплаве Ре—С приводит к снижению поверхностной активности [57], а повышение содержания в железе кислорода, наоборот, увеличивает активность фосфора. Подобная зависимость поверхностной активности фосфора от наличия в расплаве С и 02 свидетельствует о том, что адсорбция фосфора сопровождается образованием в поверхностном слое фосфорно-кислородных комплексов, которые и определяют величину поверхностного натяжения расплава.

Большое число работ посвящено исследованию влияния различных легирующих добавок (51, Мл, Т1, Сг — и т д.) на поверхностное натяжение железа. Работы по изучению влияния кремния на поверхностное натяжение показали, что кремний является поверхностно-активным компонентом в бинарных сплавах Ре—Б! [61, 213]. Несколько большей поверхностной активностью в расплавленном железе обладает марганец [198, 302], при этом поверхностная