где Ско — фактические концентрации N0; (Сыо) — равновесная концентрация N0; К — константа скорости реакции; т — время; п — сжатие (соотношение плотностей воздуха).

Равновесная концентрация (Ск0) с большой точностью определяется уравнением

где См, и С0, — концентрации азота и кислорода.

Равновесная концентрация N0 зависит от соотношения кислорода и азота в смеси, а также от температуры.

По уравнению (2.76) рассчитывают равновесную концентрацию N0 при температурах дуги между железными электродами с учетом диссоциации N2 и 02. Молярная доля равновесного состава газов, образующегося при диссоциации воздуха, рассчитанного в процентах, по данным В.И. Дятлова, приведена на рис. 2.49. Результаты расчета термодинамически равновесных концентраций оксида азота представлены на рис. 2.50 (кривая 5). С увеличением температуры концентрация N0 в атмосфере дуги сначала повышается, а затем снижается в результате диссоциации азота и кислорода. Максимальная концентрация N0 соответствует температуре 3000.4000 К. Уравнение для определения А" имеет вид [94]:

105-Ю" -— К = Ш е Т .(2.77)

Время установления равновесной концентрации оксида азота тмо определяется по уравнению

При температурах ниже 5000 К азот диссоциирован мало, и в уравнении (2.73) вместо С„,г можно подставить 0,79. Расчетные

значения тыо для ряда температур инормальной плотности следующие:

Т, К 1700 2000 2100 2300260030004000

тш, с 140 1,0 0,27 3,|-|(га2,210"1* 1.4-10"* 1,5-10-*

Время установления равновесной концентрации оксида азота тыо резко увеличивается с понижением температуры из-за боль-

Молярная доля газов, % 801

40

шой энергии активации реакции (129 ккал). При температурах сварочной дуги равновесные концентрации N0 достигаются почти мгновенно, тогда как при температурах ниже 2000 К оксид азота практически не образуется. В области температур 2300.2000 К наблюдается отставание мгновенных концентраций N0 от равновесного значения.

Для процесса насыщения металла газами важна стадия охлаждения N0 (стадия закалки). Если в дуге произойдет распад N0, то вслед за ним будет наблюдаться ассоциация атомов N и О, так как при температурах 3000.3500 К степень диссоциации азота и кислорода мала.

При понижении температуры и снижении скорости реакции концентрация N0 в газовой фазе будет все более отклоняться от равновесной, превышая последнюю по абсолютному значению.

Молярная доля газов,

Рис. 2.49. Кривые равновесного состава газов (молярные доли), образующиеся при диссоциации воздуха [91]

Рис. 2.50. Зависимости равновесных молярных долей газов в воздухе от температуры: / а, б, в — по данным работы [36]: 1 о — без учета диссоциации; / б и / в — с учетом диссоциации (/ б — Р= 1 атм; / в — Р = 50 мм рт, ст.); 2 — по данным работы (95|; Р= I атм; 2 а — аргонно-воздушная плазма (эксперимент); 3 — по данным работы [94]; 4 — по данным работы [91]; 5 — по расчетам автора [42]