тродного металла со значительным содержанием азота при наплавке проволоками из нержавеющей стали и исключить максимально возможно стадию десорбции азота из расплавленного металла.

2.4. Математическое моделирование абсорбции азота металлом

Методика и результаты моделирования описаны в работе [60]. Перенос примесных элементов в системе металл—газ определяется из системы уравнений, описывающих газодинамическое движение частиц в плазме, молекулярное взаимодействие в приповерхностном слое Кнудсена и перераспределение примеси в металле сварного соединения. Описание газодинамического движения вблизи поверхности твердого тела основано на кинетической теории газов [61]. Физическая модель абсорбции газов описана в параграфе 1.3.

На рис. 2.17 приведены результаты сравнения экспериментальных данных с расчетом содержания азота в расплаве железа в зависимости от времени выдержки металла в атмосфере чистого азота для двух различных случаев: рафинирования и переплава. Заметим, что в переплаве металла начальное содержание азота [N]0 меньше, чем равновесная концентрация [N]p при температуре расплава, а рафинирование металла получено при пониженном давл е н ии газа, когда [N]0[N|P.

Расчет абсорбции азота в зависимости от давления в условиях термодинамического равновесия представлен на рис. 2.18. При расчетах абсорбции для различных давлений газа за единицу концентрации принято равновесное содержание газа, вычисленное по закону Сивертса [Г] = кгр;12.

Массовая доля [N], %

0,008

т, с

Рис. 2.17. Зависимость массовой доли азота в железе от времени выдержки образца в атмосфере чистого азота: / — переплав металла; 2 — рафинирование металла; Д, □ — экспериментальные даниые, полученные при 7"= 1873, 1953 К и РНг =

= 0,008 МПа [62]; сплошные лииии — расчет

10"5 10~4 Ю-3 Ю-2 Ю-1 1 10 т, с

Рис. 2.18. Зависимость содержания азота в железе на глубине 10 мкм от времени при разном значении давления газа и температуре 2000 К

»1-----Я** .1

10~7 Ю-6 10~5 10"* 10"* 10"2 10"' 1 т,с

Рис. 2.19. Зависимость содержания азота в железе на глубине 10 мкм от времени при различной температуре плазмы: для металла — 2000 К; парциальное давление азота в плазме — 500 МПа

При переходе атмосферы в состояние дугового разряда степень диссоциации в ней увеличивается на много порядков. Степень диссоциации в плазме превосходит степень диссоциации газа на нагретой поверхности, что приводит к увеличению количества диссоциированных атомов в слое Кнудсена. Поток газа, поступающего в металл, увеличивается, и концентрация газа в металле значительно повышается. Результаты расчета кинетической зависимости абсорбции азота при контакте металла с плазмой представлены на рис. 2.19; они позволяют оценить абсорбцию азота в зависимости от температуры плазмы и парциального