Однако следует помнить, что все реакции, идущие с выделением тепла, в том числе и окислительные, при высоких температурах протекают вяло. На поверхности же открытой сварочной ванны интенсивность прямых окислительных реакций значительно выше, чему способствует их экзотермический характер.

Окисление на основе обменных реакций представляется в общем виде следующим уравнением:

Мех + МеаОгаМе^ + Мег,(VI.26)

где Ме, и Ме2 — различные металлы.

На направление реакции (VI .26) помимо внешних условий существенно будут влиять концентрация реагирующих веществ и сродство элементов к кислороду.

Виды раскислительных процессов. Рассмотрев обменные реакции типа (VI.26), заключаем, что по отношению к металлу такие реакции могут иметь не только окислительный, но и восстановительный характер (если равновесие реакции сдвигается влево).

Для этого следует применять элементы, которые обладают повышенным сродством к кислороду и в определенных условиях способны энергично связывать кислород, освобождая металл из оксида. Такие элементы называются раскислителями, а сам процесс восстановления металла из оксида — раскислением. Помимо раскисления действием раскислителей существует особый процесс — диффузионное раскисление, на котором мы в дальнейшем остановимся дополнительно.

Рассмотрим процессы раскисления на примере сталей, где результатом окислительных процессов является образование растворимого в металле оксида FeO.

Раскисление с получением конденсированных продуктов реакции сопровождается образованием конденсированных оксидов, нерастворимых в металле и всплывающих в шлак. К числу раскислителей, образующих такие оксиды, относятся Ti, Si, Мл, А! и др.

В общем виде реакция раскисления железа представляется таким уравнением:

т [FeO] + п fPa]^[Pa„Om] + т [Fe],(VI.27)

где Ра — раскислитель.

Константа равновесия реакции

К ГРа«От] • [Fe]"» Ас [FeO]m • [Ра]» •

Но в сталях [Fe] ¿sí I, поэтому равновесная концентрация свободной закиси железа в металле

[FeOr = E^#/í¿.

Следовательно, концентрация свободной закиси железа уменьшается с повышением содержания раскислителя и уменьшением концентрации оксидов данного раскислителя в металле. Если же учесть,

что раскислителями, как правило, служат элементы, образующие нерастворимые в металле оксиды, удаляемые в шлак, то концентрацию [Ра„От] можно считать величиной постоянной. Тогда, включая величину [Ра„0/„] в константу равновесия реакции, получим

[FeO|m =

(VI.28)

0,Ю

Таким образом, для определенных температур можно установить зависимость между концентрацией раскислителя и находящейся с ней в равновесии концентрацией свободной закиси железа. Тогда, задаваясь допустимым содержанием [FeO], определяют отвечающую этому содержанию концентрацию раскислителя в металле. Ниже приведены данные о важнейших обменных реакциях раскисления с получением конденсированных оксидов. Как видим, эти процессы экзотермичны, т. е. сопровождаются выделением тепла.

0,05 0,1 0.15 0.20 0.25 [Si]

Рис. 121. Кривые зависимости содержания РеО от содержания Б1 в стали (равновесные концентрации).

Тепловой эффект, кал

3FeO + 2А1 i Al2Os + 3Fe+187 300

2FeO -f- Si 2 SiO, + 2Fe+62 994

2FeO + Ti 2 TiOs + 2Fe—

FeO + Mn 2 MnO + Fe+24 047

3FeO + 2Cr 2 Cr203 + 3Fe—

5FeO + 2P 2 paOE + 5Fe+35 835

Рассмотрим характерные черты наиболее важных раскислителей этой группы, применяющихся в сварочной технике:

1.Кремний — Si (Т„Л = 1440°С; Тыт = 2630С; т=2,37 г/см9). При окислении образует нерастворимый в металле кислотный оксид SiOa, который легко создает комплексы, в том числе и с FeO. Силикаты железа всплывают на поверхность металла и переходят в шлак, вследствие чего раскисляющая способность кремния повышается.

С повышением концентрации кремния в металле уменьшается содержание в нем закиси железа (рис. 121). При этом раскисляющая способность кремния заметно увеличивается с понижением температуры. Так как оксиды кремния увеличивают кислотность шлака, а вместе с тем и его вязкость, введение кремния в сварочную ванну ограничивают.

2.Марганец—Мп (Гпл =1244°С; Ттп =2027 °С; т=7,46 г/см9). При окислении марганец превращается в закись MnO — относительно сильный основной оксид, нерастворимый в металле. Закись