Absorpcja azotu przez topione łukowo spoiwa typu Fe-C-Mn

• Autorzy: Gruszczyk A.

Warianty tytułu

EN

Nitrogrn absorption by Fe-C-Mn fillers under arc melting

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca w sposób syntetyczny ujmuje zagadnienia dotyczące absorpcji azotu przez ciekłe stopy na osnowie żelaza. Do badań własnych wybrano przemysłowe wytopy spoiw spawalniczych typu Fe-C-Mn (SpGl) o zbliżonej zawartości azotu i zróżnicowanej zawartości tlenu i węgla. Podstawowe badania kinetyki absorpcji i desorpcji azotu przeprowadzono w warunkach topienia łukowego metodą GTA w atmosferach Ar, AT+N2, Ar+-N2+02. Dla porównania przeprowadzono również podobne badania z zastosowaniem topienia metodą indukcyjną lewitacyjną. Warunki termodynamiczne i kinetyczne prowadzenia eksperymentów z łukowym topieniem spoiw SpGl starano się maksymalnie zbliżyć do istniejących w kropli ciekłego metalu łukowych procesów spawania. Analizowano wpływ tlenu zawartego w spoiwach oraz warunków topienia (składu atmosfer ochronnych, natężenia prądu topienia metody GTA) na kinetykę absorpcji azotu. Proces absorpcji azotu analizowano na tle innych reakcji metalurgicznych zachodzących w topionych spoiwach, szczególną uwagę zwrócono na reakcję odtleniania węglem. Wykazano, że warunki absorpcji azotu przez topione łukowo spoiwa Fe-C-Mn są bardziej złożone niż w modelach proponowanych dla czystego Fe i roztworów w układzie Fe-O. Absorpcję azotu przez topione indukcyjnie i łukowo spoiwa Fe-C-Mn opisać można wyrażeniami kinetycznymi I rzędu. Wskazuje to, że ogniwem limitującym przebieg absorpcji jest transport azotu w fazie ciekłej. W modelu matematycznym absorpcji azotu w czasie topienia łukowego całkowitą powierzchnię kropli rozdzielono na obszar oddziaływania łuku elektrycznego i obszar kontaktujący się z chłodniejszym gazem osłonowym. W oparciu o wymienione modele wyznaczono czasowe przebiegi zawartości azotu, współczynniki transportu masy ß i szybkości absorpcji azotu dla różnych warunków topienia. Wykazano, że czynnikiem ograniczającym absorpcję azotu przez topione łukowo spoiwa Fe-C-Mn jest zachodząca w wysokich temperaturach reakcja odtleniania węglem. Wynikający z obniżenia natężenia prądu topienia metody GTA wzrost szybkości absorpcji i zawartości azotu wiąże się z ograniczeniem intensywności odtleniania węglem i parowania manganu oraz tworzeniem ciekłych tlenków ograniczających desorpcję azotu z obszarów nie podlegających oddziaływaniu łuku elektrycznego. Uzyskane wyniki wskazują ponadto, że na zwiększenie intensywności absorpcji azotu przy topieniu łukowym wpływają, obok często podkreślanych w literaturze procesów aktywowania azotu w łuku elektrycznym, zjawiska związane z transportem azotu w ciekłym metalu. Wzrostowi współczynników transportu azotu podczas topienia łukowego sprzyjają wysoka temperatura i warunki dynamiczne ciekłego metalu.

EN

In the work, there are some issues of nitrogen absorption by iron-based liquid alloys dealt synthetically. For the author's own investigation, industrial heats of welding fillers of the type Fe-C-Mn (SpGl), similar in nitrogen content but diversified in that of oxygen and carbon, have been selected. The basic investigation into the kinetics of nitrogen absorption and desorption was carried out in GTA melting circumstances under Ar, Ar+N2 and Ar+N2+02 shields. For comparison purposes, similar research with use of induction-levitation melting method was carried out. Thermodynamic and kinetic conditions of experimentation of arc melting of SpGl filler metals were attempted to be made alike, as much as possible, to those existing in liquid metal drops in arc welding processes. It was analysed the influence of oxygen entrapped in fillers as well as that of melting conditions (shielding atmosphere composition, welding current in GTA method) on nitrogen absorption kinetics. The process of nitrogen absorption was analysed on the background of another metallurgical reactions running in the fillers being melted, a special attention has been paid on the reaction of carbon deoxidation. It has been shown that the conditions of nitrogen absorption by Fe-C-Mn fillers being arc melted are more complex than those in the models preasumed in case of pure iron and Fe-0 solutions. Nitrogen absorption by induction and arc molten Fe-C-Mn fillers can be described by first order kinetic reactions. It denotes that nitrogen transfer in liquid phase is the factor limiting the absorption run. In mathematical model of nitrogen absorption in arc melting the whole drop surface has been divided into the electric arc interaction range and that where a contact with cooler shielding gas occurs. On the basis of mentioned model it has been determined the changes of nitrogen content in time, mass transfer coefficient ß and nitrogen absorption rate coefficient for various melting conditions. It has been shown that carbon deoxidation reaction running at high temperatures is the factor limiting nitrogen absorption by arc molten Fe-C-Mn fillers. An increase in nitrogen absorption rate and its content resulting from a decrease in melting current of GTA method is connected with a reduction in intensity of carbon deoxidation and manganese evaporation as well as with formation of liquid oxides which reduce nitrogen desorption from the regions not subject to electric arc interaction. The achieved results show, moreover, that the increase in nitrogen absorption intensity during arc melting, is affected (apart from nitrogen activation processes in electric arc, mentioned often by other authors) by phenomena connected with nitrogen transfer in liquid metal. High temperature and dynamic conditions of liquid metal are conducive to the increase of nitrogen transfer coefficients in arc melting.

Słowa kluczowe

PL

absorpcja; azot; topienie łukowe

EN

absorption; nitrogen; arc melting

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Śląska
• Rocznik: 1999
• Tom: z. 132
• Strony: 1--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 101 poz.

Twórcy

autor

Gruszczyk A.

• Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18A, pok. 349, tel. [phone],