Файл: Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
рость экстракции водорода из сплава определяется по изменению вакуума в калиброванном объеме в течение определенного интервала времени. Расхождение в па раллельных определениях содержания водорода состав ляет в среднем 4%. Скорость изменения вакуума в ка-
|
|
|
Рис. 49. Схема |
прибора |
для |
|
|
|||
|
|
|
экспресс-определения |
|
содер |
|
|
|||
|
|
|
жания |
водорода |
в |
процессе |
|
|
||
|
|
|
|
|
плавки |
|
|
|
|
|
либрованном |
объеме знвисит |
от |
содержания водорода |
|||||||
в расплаве (сѵи3/100 г), |
который рассчитывается |
по фор |
||||||||
муле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н = |
Ки |
xrD |
(273 |
+ /0) р а |
|
|
||
|
|
|
10 |
|
|
|||||
где Кп - |
- коэффициент |
пропускной |
способности |
приме |
||||||
|
няемого фильтра; |
|
равный 592 см3; |
|
||||||
Ѵ „ . о |
- калиброванный объем, |
|
||||||||
Ар- - повышение давления в |
аналитическом |
объе |
||||||||
|
ме |
при |
откачке (с 3 - Ю - 2 |
до 5,75-Ю- 2 |
мм рт. |
|||||
|
СТ-)> |
|
|
|
|
|
|
. |
.... ! |
|
|
объем 100 г жидкого металла, |
см3; |
|
|
||||||
134
D — эффективный |
коэффициент диффузии |
водоро |
||||
да |
в жидком |
сплаве при |
температуре |
опыта, |
||
см2\сек; |
|
|
|
|
|
|
х — время |
повышения давления в |
аналитическом |
||||
объеме, |
сек; |
фильтра, см; |
|
|
||
г — радиус сферы |
|
|
||||
f — температура окружающей |
среды, °С; |
|
||||
Рал — атмосферное давление, мм |
рт. ст.. |
|
||||
Таким образом, для |
практического применения дан |
|||||
ного способа |
необходимо знать величину |
коэффициента |
||||
диффузии водорода в жидком металле в зависимости от его химического состава и температуры.
Определение коэффициентов диффузии водорода в сплавах на алюминиевой основе проводилось [52] на специальной установке. Принцип действия ее состоит в том, что над зеркалом предварительно дегазированного при остаточном давлении Ю - 2 —10_ 3 мм рт.ст. жидкого металла, который плавится над пористым фильтром в смачиваемом трубопроводе, создается давление водоро да, поддерживаемое постоянным на протяжении опыта. Одна сторона поверхности жидкого металла, взаимо действуя с водородом, растворяет его; а со стороны по ристого фильтра водород десорбируется с поверхности металла в молекулы. Благодаря такому процессу по вы соте столба испытуемого металла создается постоянный
градиент концентрации |
водорода. |
|
|
С целью устранения |
возможности |
искажения данных |
|
о коэффициенте диффузии в реакционную трубку из алю- |
|||
мооксидной керамики вводится аргон, |
вереде |
которого |
|
возрастает смачиваемость алюминием материала |
трубки |
||
(проникновение аргона |
через жидкий |
алюминий |
не на |
блюдается). В газовой смеси аргон — водород парциаль
ное давление аргона 18—24 |
мм рт.ст., |
водорода 8 мм рт. |
ст. В процессе пропускания |
водорода |
через жидкий ме |
талл стационарный поток устанавливается не сразу, наб людается некоторое запаздывание. Время запаздывания
является |
исходной величиной для |
определения |
эффек |
|
тивного |
коэффициента |
диффузии |
водорода в |
жидком |
металле: |
|
|
|
|
где £>эф — эффективный |
коэффициент диффузии, см2і |
|||
|
сек; |
|
|
|
135
б — толщина столба жидкого |
металла, см; |
1 — время запаздывания при |
установлении ста |
ционарного потока, сек. |
|
С целью сопоставления данных по газонасыщенпости, |
|
способности к дегазации и образованию пористости бы |
|
ли определены коэффициенты диффузии для алюминия
А99, сплавов |
АЛ9 и ВАЛ5. В табл. 45 приведены |
ре |
|||
зультаты определения |
эффективных коэффициентов |
диф |
|||
фузии водорода. |
|
|
|
|
|
_ |
|
|
Т а б л и ц а 45 |
|
|
Эффективные коэффициенты диффузии |
|
|
|||
|
Состаостав |
сплава |
Температура |
Эффективный |
|
Марка сплава |
расплава. |
коэффициент |
|||
|
|
|
°С |
Диффузии, |
см'/сек |
А99 |
99,990/6 А! |
670 |
1,6 • ю - 2 |
||
|
|
|
735 |
2 , 1 - Ю - 2 |
|
|
|
|
800 |
2 , 4 - Ю - 2 |
|
|
|
|
850 |
2,6- Ю - 2 |
|
|
|
|
670 |
0,305- Ю - 2 |
|
АЛ9 |
7,5% Si; 0,3% Mg |
735 |
0,385- Ю - 2 |
||
|
|
|
800 |
0,57-10—2 |
|
|
|
|
850 |
0 , 6 9 - Ю - 2 |
|
ВАЛ5 |
7,5% Si; 0,45% Mg; • |
670 |
0,093- Ю - 2 |
||
|
0,23% Be; 0,15% Ti |
735 |
0 , 1 8 - Ю - 2 |
||
|
|
|
800 |
0,26- Ю - 2 |
|
|
|
|
850 |
0,37 • 1 0 - 2 |
|
Результаты определения показали, что водород в чис том -расплавленном алюминии имеет 'наиболее высокий коэффициент диффузии, чем в сплавах АЛ9 и ВАЛ5 (на порядок выше). Хорошо видна зависимость коэффици ента диффузии водорода от наличия легирующих ком понентов в сплаве: .в многокомпонентном сплаве ВАЛ5 коэффициент диффузии водорода весьма низкий.
В табл. 46 приводится зависимость эффективного коэффициента диффузии водорода от содержания в алю минии бериллия, титана и температуры расплава.
136
Т а б л и ц а 46
Влияние бериллия, титана и температуры расплава на коэффициент диффузии водорода в алюминии
Эффективный |
коэффициент диффузии |
водорода |
(см2/сск) при температуре сплава °С |
||
Состав сплава |
|
|
680 |
750 |
800 |
AI +0,044% |
Be |
|
|
1 , 9 7 - Ю - 2 |
Al +0,093% Be |
1 ,34- Ю - 2 |
1 , 6 1 - Ю - 2 |
1,86- Ю - 2 |
|
Al +0,17% |
Be |
1 , 1 9 - Ю - 2 |
1,53- Ю - 2 |
1,79- Ю - 2 |
AI+0,29% |
Be |
1 , 0 2 - Ю - 2 |
1 , 4 1 - Ю - 2 |
1 , 6 2 - Ю - 2 |
Al +0,38% |
Be |
0,87-10~2 |
1 , 3 - Ю - 2 |
1,43- Ю - 2 |
Al+0,051% Ti |
1,19-10—2 |
1,46 - Ю - 2 |
1,67- Ю - 2 |
|
Al + 0,089% Ti |
0,98- Ю - 2 |
1 , 4 1 - Ю - 2 |
1,39-10"2 |
|
Al + 0,154% Ti |
0,43- Ю - 2 |
0 , 6 - Ю - 2 |
0 , 9 2 - Ю - 2 |
|
A l + 0,261% Ti |
0 , 1 9 - Ю - 2 |
0 , 3 4 - Ю - 2 |
0 , 6 1 - Ю - 2 |
|
Al + 0,301% Ti |
0 , 0 4 - Ю - 2 |
0,26-10~2 |
0 , 4 2 - Ю - 2 |
|
Из данных таблицы следует,'что бериллий незначи тельно снижает коэффициент диффузии водорода. В то же время даже небольшие примеси титана сильно пони жают этот коэффициент. •
Приведенные в табл. 47 сравнительные результаты определения содержания водорода в алюминии и спла вах АЛ2 и АЛ9 различными способами показывают дос таточную их точность. Разброс данных в параллельных
определениях содержания |
водорода не превышает 4-5%. |
||
Длительность активной |
части |
опыта не |
превышает |
50 сек, т. е. опыт характеризуется |
высокой |
производи |
|
тельностью. |
|
|
|
Пока в промышленности более распространено опре деление содержания водорода в жидких алюминиевых сплавах методом первого пузырька. Метод предназна чен для определения содержания водорода в процессе плавления и литья. Принцип метода основан на зависи мости количества растворенного водорода в металле от парциального давления водорода в газовой фазе над металлом.
137
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 47 |
|
Сравнительные данные о содержании водорода |
в алюминии (А99) |
|||||
|
и алюминиевокремниевых сплавах АЛ2 и АЛ9 |
|
||||
|
при различных способах определения |
|
||||
|
|
|
|
С о д ер ж ан ие водорода среднее из |
||
|
|
|
|
четырех |
определений, |
см'/100 с |
|
Способ |
определения |
|
|
|
|
|
|
|
|
А99 |
АЛ2 |
АЛ9 |
|
|
|
|
0,477 |
0,55 |
0,76 |
В а к у у м - н а г р е в |
|
|
0,39 |
0,47 |
0,63 |
|
П о |
скорости |
э к с т р а к ц и й |
г а з о в |
из |
|
0,50 |
|
|
|
|
0,33 |
0,42 |
|
По |
количеству |
э к с т р а г и р о в а н н ы х |
га |
|
|
|
зов |
из о т с е ч е н н о г о объема |
ж и д к о г о |
0,51 |
0,61 |
||
м е т а л л а |
|
|
0,418 |
|||
|
Малый коэффициент диффузии водорода в жидком |
|||||
алюминии, наличие окиси алюминия п |
окисной |
пленки |
||||
на его поверхности затрудняет диффузионное удаление водорода. Поэтому ошибка, допускаемая при анализе во дорода методом первого пузырька, в результате диффу зионного удаления газанезначптельна.
Газовой фазой, определяющей равновесное содержа ние растворенного водорода в жидком металле, следует считать водород в пузырьке:
Рн, = Рн,, где Рн: —давление водорода в пузырьке, мм-рт. ст.;
Рн.— внутреннее давление, т. е. давление |
водорода, |
||||
соответствующее его |
равновесной |
концентра |
|||
ции в металле, мм рт. ст. |
|
|
|
||
Образование пузырька в |
жидком |
металле |
может |
||
произойти только при соблюдении |
следующего соотноше |
||||
ния: |
|
|
|
|
|
>н, = Р н , > / , . + |
Я„ + — |
, |
|
(1) |
|
|
|
г |
|
|
|
где Р а — атмосферное давление над металлом, мм |
рт. ст.; |
||||
Рм — гидростатическое давление расплава |
на |
пузы |
|||
рек, мм рт. ст.; |
|
|
|
|
|
о — поверхностное натяжение |
на |
границе |
раздела |
||
жидкий металл — газ, |
дин/см2; |
|
|
|
|
г — радиус пузырька, см. |
|
|
|
|
|
