第九章材料成形基本原理课件

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1、合肥工业大学材料科学与工程学院制作合肥工业大学材料科学与工程学院制作合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作 液态金属与气相和渣相的相互作用，可能造成自身的污液态金属与气相和渣相的相互作用，可能造成自身的污染。所谓金属的净化，即是利用一定的物理化学反应，去染。所谓金属的净化，即是利用一定的物理化学反应，去除液态金属中的有害元素、夹杂物和气体的过程。除液态金属中的有害元素、夹杂物和气体的过程。 第一节第一节 液态金属的脱氧液态金属的脱氧 第二节第二节 液态金属的脱碳反应液态金属的脱碳反应 第三节第三节

2、 液态金属的脱硫液态金属的脱硫 第四节第四节 液态金属的脱磷液态金属的脱磷净化与精炼净化与精炼的顺序？的顺序？合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作第一节第一节 液态金属的脱氧液态金属的脱氧一、脱氧元素与脱氧能力一、脱氧元素与脱氧能力二、先期脱氧二、先期脱氧 三、沉淀脱氧三、沉淀脱氧 四、扩散脱氧四、扩散脱氧五、真空脱氧五、真空脱氧常用脱氧方法常用脱氧方法合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作一、脱氧

3、元素与脱氧能力 对于钢液来说，对于钢液来说，脱氧就是用脱氧剂除去钢液中溶脱氧就是用脱氧剂除去钢液中溶入的原子态氧或氧化铁中的氧而将铁还原的措施入的原子态氧或氧化铁中的氧而将铁还原的措施。脱。脱氧剂的脱氧能力可以用加入等量的脱氧元素后，钢液氧剂的脱氧能力可以用加入等量的脱氧元素后，钢液中氧化亚铁的平衡含量来衡量。中氧化亚铁的平衡含量来衡量。 x Me y FeO （ MexOy ） y Fe 式中，式中，Me表示脱氧元素，如表示脱氧元素，如 Mn、Si、Al 等。等。 当反应达到平衡时，当反应达到平衡时，e与钢液中氧化亚铁的含量（残留量）之与钢液中氧化亚铁的含量（残留量）之间存在着下述的关系：间

4、存在着下述的关系： % Me x % FeO y = K K是平衡常数，是温度的函数。是平衡常数，是温度的函数。 由此可见，由此可见，钢液中氧化亚铁的残留量与脱氧元素的残留量成钢液中氧化亚铁的残留量与脱氧元素的残留量成反比反比，脱氧元素的残留量愈高，则氧化亚铁的残留量愈低，即，脱氧元素的残留量愈高，则氧化亚铁的残留量愈低，即钢液的脱氧程度愈彻底。钢液的脱氧程度愈彻底。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作右图表明一些元素的脱右图表明一些元素的脱氧能力及在不同的残留氧能力及在不同的残留量条件下钢液的

5、脱氧程量条件下钢液的脱氧程度。度。元素按脱氧能力由小到元素按脱氧能力由小到大排列顺序是：大排列顺序是：Cr、Mn、V、C、Si、B、Ti、Al、Zr、Be、Mg、Ca。 Me ，% O ，%n当使用几种脱氧剂进当使用几种脱氧剂进行脱氧时，应按照脱氧行脱氧时，应按照脱氧能力的顺序由小到大依能力的顺序由小到大依次使用。次使用。n铸造和焊接中最常用铸造和焊接中最常用的脱氧剂是的脱氧剂是锰、硅、钛锰、硅、钛和铝和铝。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作二、先期脱氧二、先期脱氧 对于药皮焊条电弧焊过程，在

6、药皮加热阶段，固态的造渣、造气剂中进对于药皮焊条电弧焊过程，在药皮加热阶段，固态的造渣、造气剂中进行的脱氧反应称为先期脱氧，其特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态行的脱氧反应称为先期脱氧，其特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态金属不发生直接关系。金属不发生直接关系。 含有脱氧元素的造渣剂和造气剂被加热时其中的高价氧化物含有脱氧元素的造渣剂和造气剂被加热时其中的高价氧化物或碳酸或碳酸盐分解出的氧和二氧化碳便和脱氧元素发生反应盐分解出的氧和二氧化碳便和脱氧元素发生反应。 Ti 2CO2 TiO2 2CO 2Al 3CO2 Al2O3 3CO Si 2CO2 SiO2 2CO Mn CO2 MnO

7、CO 反应的结果反应的结果使气相的氧化性减弱使气相的氧化性减弱， 起起到先期脱氧的作用。到先期脱氧的作用。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作三、沉淀脱氧三、沉淀脱氧 沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。 这种方法的优点是这种方法的优点是脱氧速度快脱氧速度快，脱氧彻底脱氧彻

8、底。但脱氧产物不能。但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为：清除时将增加金属液中杂质的含量。其脱氧反应为： x Me y O （ MexOy ）或：或： x Me y FeO （ MexOy ） y Fe 合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作熔渣碱度熔渣碱度BL，脱氧元素种类及数量对脱氧效果的影响，有如下关，脱氧元素种类及数量对脱氧效果的影响，有如下关系式：系式： 其中，其中，A、C、D为与脱氧元素有关的常数。从上式看出：为与脱氧元素有关的常数。从上式看出：金属含氧量金属含氧

9、量O，随熔渣碱度，随熔渣碱度BL的增大而减少；的增大而减少；Me越多、（越多、（MexOy）越少，脱氧效果越好；）越少，脱氧效果越好；熔渣性质应与脱氧产物性质相反熔渣性质应与脱氧产物性质相反，这样有利于降低脱氧产物在熔，这样有利于降低脱氧产物在熔渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物。渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物。)yD-C(y1)%lg(y1%lgyxyA%lgyxOMeMeBOL合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作 进行沉淀脱氧应考虑的三个要点：进行沉淀脱氧应考虑的三个要点： 对氧亲和

10、力较大对氧亲和力较大的元素；的元素； 脱氧产物应不溶于金属脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣；而成为独立液相转入熔渣； 熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于，以利于熔渣吸收脱氧产物熔渣吸收脱氧产物 。合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁作为脱焊条药皮成分中，常采用锰铁、硅铁和钛铁作为脱氧元素，请说明它们分别适用于哪种药皮类型？氧元素，请说明它们分别适用于哪种药皮类型？答答 案案酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素

11、；酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素；碱性焊条常采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧。碱性焊条常采用锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧。 思思 考考 题题合肥工业大学材料科学与工程学院制作普通高等教育“十一五”国家级规划教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工业大学材料科学与工程学院制作为什么酸性焊条常采用为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？锰铁作为脱氧元素？ 酸性渣中含有较多的酸性渣中含有较多的 SiO2 和和 TiO2，它们容易与锰的脱，它们容易与锰的脱氧产物氧产物 MnO 生成复合物生成复合物 MnOSiO2 和和 MnOTiO2，使，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性的活