Влияние газов на свойства металла
Определение газов в металле проводится путем установления составляющих, которые при первоначальном взаимодействии с металлом находятся в газообразном состоянии или выделяются из металла в этом состоянии. Наиболее часто встречаются в металле – водород, кислород, азот. Сложные газы H20, CO, CO2, SO2 образуются в процессе выделения газов из металла.
Газы находятся в металле в форме:
- газовых включений (пор, пузырей),
-химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов),
-растворов внедрения (статически равномерно распределяются в его кристаллической решетке)
-адсорбированных на поверхности металла тонких слоев.
Влияние газов на свойства металла зависит от формы присутствия газа.
При высокой температуре газы в жидком металле находятся в растворенном состоянии. При снижении температуры уменьшается растворимость газов что приводит к выделению их из раствора. При кристаллизации слитка выделяющиеся газы могут образовывать газовые пузыри и поры, что нарушает сплошность металла, уменш. плотность, и приводит к снижению качества металла.
Газы, растворенные в твердом металле снижают механические свойства, коррозионную стойкость, ухудшают магнитные характеристики.
ВОДОРОД. Вызывает появление флокенов - внутренних трещин.
Влияет на механические свойства металла вызывая водородное охрупчивание стали, при котором наблюдается снижение пластических свойств металла. Водородная хрупкость стали связана с повышением давления водорода в микропорах металла. Давление водорода превышающее предел упругости металла, приводит к деформации кристаллической решетки и облегчает разрушение металла при испытании. Водород снижает усталостные свойства стали, облегчая образование трещин, ведущих к разрушению образца при испытаниях на длительную прочность т.е. под влиянием длительной статической нагрузки, способствует коррозионному растрескиванию стали, возникновению в стали дефектов – пузыри, центральная пористость, пятнистая ликвация.
АЗОТ – вредное влияние азота проявляется в снижении пластических свойств малоуглеродистых сталей. С понижением температуры из феррита (тв.р-р углерода в α Fe) выделяется мелкозернистая фаза нитридов Fe4N. Этот процесс при низких температурах происходит медленно и называется старением стали. Выделение азота в отдельную фазу сопровождается возникновением напряженности структуры металла, повышением его твердости и хрупкости, снижением пластичности.
В средне и малоуглеродистых сталях наличие азота вызывает хрупкий (интеркристаллитный) излом, который связан с ослаблением границ зерен аустенита (тв.р-р углерода в g Fe) вследствие выделения включений нитридов.
Кислород.- общее содержание кислорода в стали, состав, структура форма и расположение кислородных включений их количество влияют на механические и другие свойства металлов и сплавов.
Изменяя кристаллическую решетку и микроструктуру металла, примеси газов даже в небольших концентрациях существенно влияют на физико-химические характеристики и эксплуатационные свойства металлов и сплавов. В основном это влияние отрицательное.
В изделиях важно распределение газов по микро- и макроструктуре, и перераспределение их условиях эксплуатации под влиянием окружающей атмосферы и механической нагрузки.
Определение газов необходимо – при выплавке и других переделах для того чтобы свести к минимуму их содержание, для анализа готовой продукции, для изучения и прогнозирования поведения изделий в процессе эксплуатации. содержание газов на металлопродукцию нормировано ГОСТом.
Методы определения газов должны решать задачи:
Экспресс-анализ металла по ходу плавки, массовый анализ готовой продукции, распределение в металле, определение газов на поверхности металла.
Разработан ряд способов пробоотбора металла, но наиболее перспективные методы непосредственного анализа жидкого металла.