о.

Оз в"Сз ' Сі Со

А тонное соотношение -~-

Рис. 148. Кривые равновесия углеродистой стали с атмосферой СО—С02

содержании С0а в смеси СО—С0а. Например, при 6% С0а и 1000° С сталь с содержанием больше 0,19% С обезуглероживается, а при содержании менее 0,19% С науглероживается.

Водород обезуглероживает сталь с образованием метана по реакциям

2На + Реу (С) Реу + СН4;(41)

2Н8 + Ре3С-*ЗРе¥ + СН4.(42)

Обезуглероживание резко ускоряется во влажном водороде. Обезуглероживающая атмосфера при сварке стали без оплавления менее целесообразна, чем науглероживающая, так как окисление обезуглероженной стали идет значительно быстрее, чем такой же стали с нормальным содержанием углерода (см. рис. 49). Хотя при сварке без оплавления восстановительная атмосфера должна исключать окисление, возможные на практике нарушения

условий защиты могут приводить к переходу от восстановительного процесса к окислительному. Опыт использования при сварке сопротивлением и с нагревом т. в. ч. восстановительных сред, способных к обезуглероживанию стали, и в частности азотно-водо-родных смесей, показал, что в производственных условиях такая защита часто недостаточно надежна. По своей природе процесс науглероживания стали защитным газом при сварке аналогичен процессу газовой цементации. Их отличие, хотя и не принципиальное, состоит в том, что при цементации продолжительность взаимодействия металла с газом измеряется часами, а при сварке, как правило, секундами; толщина науглероженного слоя при сварке может быть сколь угодно малой, в то время как при цементации она задается.

Процесс газовой цементации состоит из трех основных стадий: диссоциации молекул газа (обычно углеводородов) на элементы с выделением атомов или простейших радикалов углерода; адсорбции поверхностью горячего металла атомарного углерода, находящегося в активном состоянии, и диффузии углерода с поверхности в глубь металла.

Для цементации часто используют природный газ, содержащий в основном метан. Состав природного газа, поступающего к потребителям, определяется его месторождением и очисткой, если она применяется (табл. 32).

Состав природного газа (в %) в различных районах

Характерно высокое содержание в природном газе газов-окислителей: до 2,4% СОа и до 1,8% Н20 (при точке росы +15°С). Метан при высокой температуре почти целиком разлагается

на элементы. Так, константа равновесия К = —— при 1000° С

равна 102,4, а при 1200° С—335. В условиях длительного нагрева для цементации метан активно науглероживает сталь. Однако при чрезмерной скорости его диссоциации количество углерода, поступающего на поверхность металла, может превысить