材料成形基本原理第08章課件液態(tài)金屬與熔渣的相互作用

1、合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第一節(jié)第一節(jié) 渣相的作用與形成渣相的作用與形成 第二節(jié)第二節(jié) 渣體結(jié)構(gòu)及堿度渣體結(jié)構(gòu)及堿度 第三節(jié)第三節(jié) 渣相的物理性質(zhì)渣相的物理性質(zhì)第四節(jié)第四節(jié) 活性熔渣對金屬的氧化活性熔渣對金屬的氧化合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第一節(jié)第一節(jié) 渣相的作用與形成渣相的作用與形成 焊接過程中或合金熔煉過程

2、中，和液態(tài)金屬接觸并發(fā)生化焊接過程中或合金熔煉過程中，和液態(tài)金屬接觸并發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)的除了氣體介質(zhì)之外，還有高溫下熔融的液態(tài)熔學(xué)冶金反應(yīng)的除了氣體介質(zhì)之外，還有高溫下熔融的液態(tài)熔渣。了解熔渣的特性，對于控制焊接、鑄造過程中的化學(xué)冶渣。了解熔渣的特性，對于控制焊接、鑄造過程中的化學(xué)冶金反應(yīng)十分重要。金反應(yīng)十分重要。 一、熔渣的作用一、熔渣的作用 二、焊接熔渣的分類與來源二、焊接熔渣的分類與來源 三、鑄造熔煉過程中的熔渣三、鑄造熔煉過程中的熔渣合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、熔渣的作用一、

3、熔渣的作用示例見藥皮焊條電弧焊過程圖。示例見藥皮焊條電弧焊過程圖。1. 1. 機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用2. 2. 冶金處理作用冶金處理作用 3. 3. 改善成形工藝性能作用改善成形工藝性能作用合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作1. 機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用 熔渣的比重一般輕于液態(tài)金屬，高溫下浮在液熔渣的比重一般輕于液態(tài)金屬，高溫下浮在液態(tài)金屬的表面，使之態(tài)金屬的表面，使之與空氣隔離與空氣隔離，可避免液態(tài)金屬，可避免液態(tài)金屬中合金元素的氧化燒損，防止氣相中的氫、氮、氧、中合金元素的氧化燒損，防止

4、氣相中的氫、氮、氧、硫等直接溶入，并減少液態(tài)金屬的熱損失。熔渣凝硫等直接溶入，并減少液態(tài)金屬的熱損失。熔渣凝固后形成的渣殼覆蓋在焊縫上，可以繼續(xù)保護(hù)處在固后形成的渣殼覆蓋在焊縫上，可以繼續(xù)保護(hù)處在高溫下的焊縫金屬免受空氣的有害作用。高溫下的焊縫金屬免受空氣的有害作用。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作2. 冶金處理作用冶金處理作用 熔渣與液態(tài)金屬之間能夠發(fā)生一系列物化反應(yīng)，熔渣與液態(tài)金屬之間能夠發(fā)生一系列物化反應(yīng)，從而對金屬與合金成分給予較大影響。適當(dāng)?shù)娜墼鼜亩鴮饘倥c合金成分給予較大影響。適

5、當(dāng)?shù)娜墼煞?，可以去除金屬中的有害雜質(zhì)，如成分，可以去除金屬中的有害雜質(zhì)，如脫氧、脫硫、脫氧、脫硫、脫磷和去氫脫磷和去氫。熔渣還可以起到吸附或溶解液態(tài)金屬。熔渣還可以起到吸附或溶解液態(tài)金屬中非金屬夾雜物的作用。焊接過程中，可通過熔渣中非金屬夾雜物的作用。焊接過程中，可通過熔渣向焊縫中過渡合金向焊縫中過渡合金。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作3. 改善成形工藝性能作用改善成形工藝性能作用 適當(dāng)?shù)娜墼ɑ蚝笚l藥皮）構(gòu)成，對于熔焊適當(dāng)?shù)娜墼ɑ蚝笚l藥皮）構(gòu)成，對于熔焊電弧的引電弧的引燃、穩(wěn)定燃燒、

6、減少飛濺，改善脫渣性能及焊縫外觀成形燃、穩(wěn)定燃燒、減少飛濺，改善脫渣性能及焊縫外觀成形等焊接工藝性能的影響至關(guān)重要；電弧爐熔煉時，熔渣起等焊接工藝性能的影響至關(guān)重要；電弧爐熔煉時，熔渣起到到穩(wěn)定電弧燃燒穩(wěn)定電弧燃燒作用；采用熔渣保護(hù)澆鑄可減少鑄件和鑄作用；采用熔渣保護(hù)澆鑄可減少鑄件和鑄型間的粘合，提高鑄件表面質(zhì)量并降低內(nèi)應(yīng)力；型間的粘合，提高鑄件表面質(zhì)量并降低內(nèi)應(yīng)力； 熔渣也有不利的作用，如強(qiáng)氧化性熔渣可以使液態(tài)金熔渣也有不利的作用，如強(qiáng)氧化性熔渣可以使液態(tài)金屬增氧，可以屬增氧，可以侵蝕爐襯侵蝕爐襯；密度大或熔點(diǎn)過高的熔渣易殘留；密度大或熔點(diǎn)過高的熔渣易殘留在金屬中在金屬中形成夾渣形成夾渣。合

7、肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、焊接熔渣的分類與來源二、焊接熔渣的分類與來源（一）（一） 焊接熔渣的類型焊接熔渣的類型（二）（二） 焊接熔渣的來源焊接熔渣的來源合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作（一）（一） 焊接熔渣的類型焊接熔渣的類型按焊接熔渣的組成物分類：按焊接熔渣的組成物分類：鹽型熔渣鹽型熔渣鹽鹽氧化物型熔渣氧化物型熔渣 氧化物型熔渣氧化物型熔渣 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普

8、通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作鹽鹽 型型 熔熔 渣渣 主要由金屬主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽氟酸鹽、氯酸鹽和和不含氧的化合物不含氧的化合物組組成。如：成。如： CaF2 NaF 、 CaF2 BaCl2 NaF 、 KCl-NaCl-Na3AlF6、BaF2- MgF2- CaF2-LiF 鹽型熔渣的氧化性很小，主要用于鹽型熔渣的氧化性很小，主要用于鋁、鈦等活性鋁、鈦等活性金屬金屬的焊接。的焊接。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制

9、作鹽鹽氧化物型熔渣氧化物型熔渣 主要由主要由氟化物和金屬氧化物氟化物和金屬氧化物組成。如：組成。如： CaF2 CaO Al2O3 CaF2 CaO SiO2 CaF2 MgO Al2O3 SiO2 這類熔渣的氧化性較小，主要用于重要的這類熔渣的氧化性較小，主要用于重要的低合低合金高強(qiáng)鋼、合金鋼及合金金高強(qiáng)鋼、合金鋼及合金的焊接。的焊接。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作氧氧 化化 物物 型型 熔熔 渣渣 這類熔渣含有這類熔渣含有較多的弱堿金屬氧化物較多的弱堿金屬氧化物，是應(yīng)用，是應(yīng)用最為普

10、遍的一類渣系，如：最為普遍的一類渣系，如： MnO SiO2 、 FeO MnO SiO2 、 CaO Ti02 SiO2 等。等。 這類熔渣一般具有較強(qiáng)的氧化性，用于這類熔渣一般具有較強(qiáng)的氧化性，用于低碳鋼、低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼低合金高強(qiáng)鋼的焊接。的焊接。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作（二）熔渣的來源與構(gòu)成（二）熔渣的來源與構(gòu)成1 1、 藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮2 2、 埋弧焊、電渣焊埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑過程中的熔渣與焊劑合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與

11、工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作1、藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮、藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮 藥皮焊條電弧焊時的熔渣來源于焊條藥皮焊條電弧焊時的熔渣來源于焊條藥皮中的造渣藥皮中的造渣劑劑，通常包括鈦鐵礦（，通常包括鈦鐵礦（TiO2FeO）、金紅石（）、金紅石（TiO2）、）、大理石（大理石（CaCO3）、白云石（）、白云石（ CaCO3 MgCO3 ）、石）、石英砂（英砂（SiO2）、長石、白泥和云母（）、長石、白泥和云母（SiO2Al2O3）等。）等。 焊接過程中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，覆蓋在熔滴焊接過程

12、中造渣劑熔化，形成獨(dú)立熔渣相，覆蓋在熔滴與熔池表面。與熔池表面。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊條類型焊條類型熔渣化學(xué)成分（熔渣化學(xué)成分（%）熔渣堿度熔渣堿度SiO2TiO2Al2O3FeO MnO CaO MgO Na2O K2O CaF2鈦型鈦型23.437.710.06.911.73.70.52.22.90.43-2.0鈦鈣型鈦鈣型25.130.23.59.513.78.85.21.72.30.76-0.9鈦鐵礦型鈦鐵礦型29.214.01.115.626.58.71.31.41.1

13、0.88-0.1氧化鐵型氧化鐵型40.41.34.522.719.31.34.61.81.50.60-0.7纖維素型纖維素型34.717.55.511.914.42.15.83.84.30.60-1.3低氫型低氫型24.17.01.54.03.535.8-0.80.820.31.860.9表表8-1 藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例低氫型焊條又稱堿性焊條，主要特點(diǎn)是不含具有造氣功能的有機(jī)物而含大量碳低氫型焊條又稱堿性焊條，主要特點(diǎn)是不含具有造氣功能的有機(jī)物而含大量碳酸鹽和一定數(shù)量的酸鹽和一定數(shù)量的CaF2 。碳酸鹽在加熱分解過程中形成熔渣（。碳酸鹽在加熱分解過程

14、中形成熔渣（CaO或或MgO）并放出并放出 CO2 氣體。氣體。CaF 除了造渣作用之外，還能減少液態(tài)金屬中的氫含量。除了造渣作用之外，還能減少液態(tài)金屬中的氫含量。 除低氫型焊條外的為酸性焊條，這類焊條藥皮不論是以硅酸鹽為主還是以鈦除低氫型焊條外的為酸性焊條，這類焊條藥皮不論是以硅酸鹽為主還是以鈦酸鹽為主，一般不含酸鹽為主，一般不含CaF2 ，含少量碳酸鹽和有機(jī)物。，含少量碳酸鹽和有機(jī)物。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊條類型焊條類型熔渣化學(xué)成分（熔渣化學(xué)成分（%）熔渣堿度熔渣堿度SiO

15、2TiO2Al2O3FeO MnO CaO MgO Na2O K2O CaF2鈦型鈦型23.437.710.06.911.73.70.52.22.90.43-2.0鈦鈣型鈦鈣型25.130.23.59.513.78.85.21.72.30.76-0.9鈦鐵礦型鈦鐵礦型29.214.01.115.6 26.58.71.31.41.10.88-0.1氧化鐵型氧化鐵型40.41.34.522.7 19.31.34.61.81.50.60-0.7纖維素型纖維素型34.717.55.511.914.42.15.83.84.30.60-1.3低氫型低氫型24.17.01.54.03.535.8-0.80.

16、820.31.860.9表表8-1 藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例藥皮焊條電弧焊熔渣的化學(xué)成分舉例合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作2、埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑、埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑 埋弧焊、電渣焊過程中，堆積在焊件坡口上方的焊劑受熱熔化，埋弧焊、電渣焊過程中，堆積在焊件坡口上方的焊劑受熱熔化，形成熔渣，覆蓋在焊接電弧和熔池上方，對熔化金屬起保護(hù)和冶金處形成熔渣，覆蓋在焊接電弧和熔池上方，對熔化金屬起保護(hù)和冶金處理作用。焊劑是與焊絲理作用。焊劑是與焊絲(或焊帶或焊帶)配套

17、使用的，焊絲的作用相當(dāng)于焊條配套使用的，焊絲的作用相當(dāng)于焊條中的焊芯，焊劑的作用相當(dāng)于焊條中的藥皮。焊劑與焊絲的合理匹配中的焊芯，焊劑的作用相當(dāng)于焊條中的藥皮。焊劑與焊絲的合理匹配是決定焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的重要因素。是決定焊縫金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的重要因素。熔煉焊劑熔煉焊劑 由一些氧化物和氟化物組成；由一些氧化物和氟化物組成； 非熔煉焊劑非熔煉焊劑（燒結(jié)焊劑、粘結(jié)焊劑）（燒結(jié)焊劑、粘結(jié)焊劑） 易于實(shí)現(xiàn)焊縫金屬易于實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的合金化。的合金化。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、鑄

18、造熔煉過程中的熔渣三、鑄造熔煉過程中的熔渣 鋼鐵熔煉熔渣的主要成分有鋼鐵熔煉熔渣的主要成分有 SiO2、CaO、Al2O3 、FeO、MgO、MnO 等氧化物和少量等氧化物和少量CaF2 ，其來源為：，其來源為：生鐵或廢鋼原材料中所含的各種合金元素生鐵或廢鋼原材料中所含的各種合金元素,熔煉過程中由于熔煉過程中由于氧化而形成的氧化物；氧化而形成的氧化物；作為氧化劑或冷卻劑使用的礦石和燒結(jié)礦等；作為氧化劑或冷卻劑使用的礦石和燒結(jié)礦等；原材料帶入的泥沙或鐵銹；原材料帶入的泥沙或鐵銹；u加入的造渣材料，如石灰、石灰石、螢石、鐵礬土、粘加入的造渣材料，如石灰、石灰石、螢石、鐵礬土、粘土磚塊等；土磚塊等；

19、u浸蝕下來的爐襯耐火材料；浸蝕下來的爐襯耐火材料；u脫氧、脫硫產(chǎn)物。脫氧、脫硫產(chǎn)物。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作有色金屬熔煉中熔渣主要來源于熔劑有色金屬熔煉中熔渣主要來源于熔劑，熔煉中用于，熔煉中用于除氣、除氣、脫氧脫氧或或去夾雜去夾雜的熔劑品種繁多。如：鋁合金精煉時采用以的熔劑品種繁多。如：鋁合金精煉時采用以NaCl、KCl為主的多種氯化鹽混合成低熔點(diǎn)的熔劑；銅合為主的多種氯化鹽混合成低熔點(diǎn)的熔劑；銅合金精煉時常用的熔劑有木炭、玻璃金精煉時常用的熔劑有木炭、玻璃（Na2OCaO6SiO

20、2）、蘇打（）、蘇打（Na2CO3）、石灰）、石灰（CaO）和硼砂（）和硼砂（Na2B4O7）等。）等。鋼鐵熔煉時的熔渣成分還與具體熔煉方法有關(guān)鋼鐵熔煉時的熔渣成分還與具體熔煉方法有關(guān)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第二節(jié)第二節(jié) 渣體結(jié)構(gòu)及堿度渣體結(jié)構(gòu)及堿度 一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論二、熔渣的離子理論二、熔渣的離子理論三、熔渣的堿度三、熔渣的堿度合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工

21、程學(xué)院制作一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論一、熔渣結(jié)構(gòu)的分子理論（1）液態(tài)熔渣是由）液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物自由狀態(tài)化合物（包括氧化物、氟化物、（包括氧化物、氟化物、硫化物的分子等）和硫化物的分子等）和復(fù)合狀態(tài)化合物復(fù)合狀態(tài)化合物（酸性氧化物和堿性氧（酸性氧化物和堿性氧化物生成的鹽）的分子所組成；化物生成的鹽）的分子所組成； （2）氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)；）氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)； （3）只有渣中的）只有渣中的自由氧化物才能與液體金屬和其中的元素發(fā)自由氧化物才能與液體金屬和其中的元素發(fā)生作用生作用。如：。如： （FeO）+ C = Fe + CO 而硅酸鐵而硅酸鐵 (F

22、eO)2SiO2 中的中的 FeO 不能參與上面的反應(yīng)。不能參與上面的反應(yīng)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、熔渣的離子理論二、熔渣的離子理論（1）認(rèn)為液態(tài)熔渣是由）認(rèn)為液態(tài)熔渣是由正離子正離子和和負(fù)離子負(fù)離子組成的電中性溶液。組成的電中性溶液。（2）離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于它的）離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于它的綜合綜合矩（離子電荷矩（離子電荷/離子半徑）離子半徑）。離子的綜合矩越大，說明它的離子的綜合矩越大，說明它的靜電場越強(qiáng)，與異號離子的引力越大。靜電場越強(qiáng)

23、，與異號離子的引力越大。（3）液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是）液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交原子與離子交換電荷的過程換電荷的過程。如：。如： Si4 + 2 Fe = 2 Fe2 + Si 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作離子離子離子半徑離子半徑/nm綜合矩綜合矩102（靜庫（靜庫/cm）離子離子離子半徑離子半徑/nm綜合矩綜合矩102（靜庫（靜庫/cm）K0.1333.61Ti40.06828.2Na0.0955.05Al30.05028.8Ca20.1069.0S

24、i40.04147.0Mn20.09110.6F-0.1333.6Fe20.08311.6PO43-0.2765.2Mg20.07812.9S2-0.1745.6Mn30.07020.6SiO44-0.2796.9Fe30.06721.5O2-0.1327.3陽離子中陽離子中Si4 的綜合矩最大，而陰離子中的綜合矩最大，而陰離子中O2-的綜合矩最大，的綜合矩最大，所以二者最易結(jié)合為復(fù)雜的硅氧陰離子所以二者最易結(jié)合為復(fù)雜的硅氧陰離子SiO44- 。 表表8-3 正、負(fù)離子的綜合矩正、負(fù)離子的綜合矩合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原

25、理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、熔渣的堿度三、熔渣的堿度 熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的堿度密熔渣的氧化能力、粘度等都和熔渣的堿度密切相關(guān)，堿度對液態(tài)金屬的脫硫、脫磷效果也有切相關(guān)，堿度對液態(tài)金屬的脫硫、脫磷效果也有重要影響。重要影響。 （一）熔渣堿度的分子理論（一）熔渣堿度的分子理論 （二）熔渣堿度的離子理論（二）熔渣堿度的離子理論 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作（一）熔渣堿度的分子理論（一）熔渣堿度的分子理論 按照分子理論，按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性

26、氧化物濃度的熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值比值。表示為：。表示為： 堿性氧化物：堿性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等等 酸性氧化物：酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。等。 考慮到氧化性強(qiáng)、弱差別，堿度表達(dá)式修正為：考慮到氧化性強(qiáng)、弱差別，堿度表達(dá)式修正為： 0.018CaO+0.015MgO+0.006CaF2+0.014(K2O+Na2O)+0.007(MnO+FeO) B1 = 0.017SiO2 + 0.005(Al2O3 + TiO2 + ZrO2） 當(dāng)當(dāng)B11為堿性渣，為堿性渣，B11為酸性渣，為酸性渣，B1=1為中性渣為中

27、性渣。 酸性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)堿性氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)B合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作（二）熔渣堿度的離子理論（二）熔渣堿度的離子理論 把把液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度（或氧離子的活度）定義為堿度。渣中（或氧離子的活度）定義為堿度。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計算式為：自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計算式為： Mi 是渣中第是渣中第 I 種氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)，種氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)，ai 是該氧化物的堿度系數(shù)。是該氧化物的堿度系數(shù)。 表表8-4 渣中常見氧化物的渣

28、中常見氧化物的ai值值niiiMa12B氧化物氧化物K2ONa2OCaOMnOMgOFeOSiO2TiO2ZrO2Al2O3Fe2O3ai值值9.08.56.054.84.03.4-6.31-4.97-0.2-0.20 當(dāng)當(dāng)B20時為堿性渣，時為堿性渣，B20為酸性渣，為酸性渣，B2= 0為中性渣為中性渣。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作 堿性渣的堿性渣的ai為正值，這是因?yàn)閴A性氧化物在液態(tài)渣為正值，這是因?yàn)閴A性氧化物在液態(tài)渣中產(chǎn)生中產(chǎn)生O2，例如：，例如： CaO = Ca2 + O2而酸

29、性氧化物消耗渣中的而酸性氧化物消耗渣中的O2： SiO2 + 2 O2 = SiO44因此，因此，堿性渣中堿性渣中O2多，堿度高；多，堿度高； 酸性渣中酸性渣中O2少，堿度低少，堿度低。 O2越多，是否意味越多，是否意味著氧化性越強(qiáng)？著氧化性越強(qiáng)？合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第三節(jié)第三節(jié) 渣相的物理性質(zhì)渣相的物理性質(zhì) 一、熔渣的凝固溫度與密度一、熔渣的凝固溫度與密度二、熔渣的粘度二、熔渣的粘度 三、熔渣的表面張力及界面張力三、熔渣的表面張力及界面張力 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普

30、通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、熔渣的凝固溫度與密度一、熔渣的凝固溫度與密度 熔渣是一個多元體系，它的液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度區(qū)熔渣是一個多元體系，它的液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度區(qū)間進(jìn)行的。一般構(gòu)成熔渣的各組元獨(dú)立相的熔點(diǎn)較高，間進(jìn)行的。一般構(gòu)成熔渣的各組元獨(dú)立相的熔點(diǎn)較高，而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時可使凝固溫度大大降低。而以一定比例構(gòu)成復(fù)合渣時可使凝固溫度大大降低。 金屬熔煉或熔焊中，要求熔渣的熔點(diǎn)金屬熔煉或熔焊中，要求熔渣的熔點(diǎn)略低于略低于熔煉（或熔煉（或母材）金屬。過高（或過低）的熔渣熔點(diǎn)，都會影響對母材）金屬。過高（或過低）的

31、熔渣熔點(diǎn)，都會影響對液態(tài)金屬的保護(hù)效果和焊縫外觀成形。液態(tài)金屬的保護(hù)效果和焊縫外觀成形。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作密度也是熔渣的基本性質(zhì)之一，它影響熔渣與液態(tài)金屬間密度也是熔渣的基本性質(zhì)之一，它影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對位置與相對運(yùn)動速度。的相對位置與相對運(yùn)動速度。密度大的熔渣易滯留于金屬密度大的熔渣易滯留于金屬內(nèi)部形成夾雜內(nèi)部形成夾雜。選用焊材時，

32、首先要保證所形成的熔渣具。選用焊材時，首先要保證所形成的熔渣具有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。 表表8-5幾種常見化合物的熔點(diǎn)和密度幾種常見化合物的熔點(diǎn)和密度化化 合合 物物FeOMnOSiO2TiO2Al2O3(FeO)2SiO2MnOSiO2(MnO)2SiO2熔熔 點(diǎn)點(diǎn) / 13691580172318252050120512701326密度密度/(103kg/m3)5.805.112.264.073.954.303.604.10合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與

33、工程學(xué)院制作二、熔渣的粘度二、熔渣的粘度 熔渣的粘度是一個較為重要的性能，過大與過小都不理想。熔渣的粘度是一個較為重要的性能，過大與過小都不理想。粘度過大的熔渣會降低金屬與熔渣之間的冶金反應(yīng)速度。粘度過大的熔渣會降低金屬與熔渣之間的冶金反應(yīng)速度。粘度過小的熔渣容易流失，影響對熔池（或焊縫）在全位置粘度過小的熔渣容易流失，影響對熔池（或焊縫）在全位置焊接時的成形和保護(hù)效果。焊接時的成形和保護(hù)效果。熔渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般，液態(tài)熔渣的粘熔渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般，液態(tài)熔渣的粘度隨溫度下降而上升。這是由于隨溫度下降，熔渣中離子度隨溫度下降而上升。這是由于隨溫度下降，熔渣中離子（

34、或粒子）的聚合度增大，粘度隨之增加。（或粒子）的聚合度增大，粘度隨之增加。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作藥皮焊條電弧焊時，根據(jù)熔渣藥皮焊條電弧焊時，根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，將熔粘度隨溫度變化的速率，將熔渣分為渣分為“長渣長渣”和和“短渣短渣”兩兩類。類。隨溫度增高粘度急劇下降的渣隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣，而隨溫度增高粘度稱為短渣，而隨溫度增高粘度下降緩慢的渣稱為長渣。下降緩慢的渣稱為長渣。短渣在焊縫凝固后迅速凝固，短渣在焊縫凝固后迅速凝固，可保證可保證全位置全位置焊縫外觀成

35、型，焊縫外觀成型，長渣只能用于平焊位置焊接。長渣只能用于平焊位置焊接。長渣長渣 T1 T2 T 短渣短渣圖圖8-3 熔渣粘度與溫度的關(guān)系熔渣粘度與溫度的關(guān)系合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。含渣的粘度與它的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。含 SiO2 多的渣多的渣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， Si-O 陰離子聚合程度大，離子尺寸大，陰離子聚合程度大，離子尺寸大，粘度大。在溫度升高時復(fù)雜的粘度大。在溫度升高時復(fù)雜的 Si-O 離子逐漸破壞，離子逐漸破壞，形成較小的形成較小的 Si-O 陰離

36、子，粘度緩慢下降，因此陰離子，粘度緩慢下降，因此含含 SiO2 多的酸性渣為長渣多的酸性渣為長渣。堿性渣中離子尺寸小，。堿性渣中離子尺寸小，粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此降，因此堿性渣為短渣堿性渣為短渣。u 含含 SiO2 多的熔渣多的熔渣 Si-O 陰離子聚合程度大陰離子聚合程度大，復(fù)雜陰離子，復(fù)雜陰離子的尺寸大，粘度大。的尺寸大，粘度大。 u 在酸性渣中減少在酸性渣中減少 SiO2 ，增加，增加 TiO2 或或增加堿性氧化物的增加堿性氧化物的含量含量，都可以使復(fù)雜的，都可以使復(fù)雜的 Si-O 陰離子減少，可降低粘度，陰離子減

37、少，可降低粘度，使渣使渣成為短渣成為短渣。 u 渣中渣中加入加入 CaF2 可起到很好的稀釋作用可起到很好的稀釋作用。堿性渣中。堿性渣中 CaF2 能促使能促使 CaO 熔化，降低粘度；酸性渣中熔化，降低粘度；酸性渣中CaF2 的的 F- 能破壞能破壞 Si-O 鍵，減小聚合離子尺寸，降低粘度。因此在焊接熔渣和鍵，減小聚合離子尺寸，降低粘度。因此在焊接熔渣和煉鋼熔渣中常用煉鋼熔渣中常用 CaF2 作為稀釋劑。作為稀釋劑。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、熔渣的表面張力及界面張力三、熔渣的表

38、面張力及界面張力 熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力對于熔渣的表面張力及熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力對于冶金過程動力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重冶金過程動力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由要影響。它還影響到熔渣對液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成形。此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成形。 化學(xué)鍵與表面張力化學(xué)鍵與表面張力 熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作表面張

39、力的表面張力的影響因素影響因素溫度溫度 T化學(xué)鍵與表面張力化學(xué)鍵與表面張力原子間鍵能原子間鍵能合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作堿性氧化物堿性氧化物（如如MgO、CaO、Al2O3、MnO、FeO等）等）一般為一般為離子鍵化合物離子鍵化合物，表面張力較大表面張力較大。酸性氧化物酸性氧化物（如如SiO2、TiO2等）等）一般為一般為極性鍵化合物極性鍵化合物，表表面張力較小面張力較小。堿度高的渣表面張力大。堿度高的渣表面張力大。在堿性渣中加入酸性氧化物在堿性渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B

40、2O3等能降低等能降低堿性渣的表面張力。堿性渣的表面張力。CaF2對降低熔渣表面張力也有顯著作用對降低熔渣表面張力也有顯著作用。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力界面張力小時，熔渣對金屬的覆蓋保護(hù)效果較好；界面張力小時，熔渣對金屬的覆蓋保護(hù)效果較好；反之則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。反之則有利于熔渣從液態(tài)金屬中分離。酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，對液態(tài)金酸性渣與液態(tài)金屬間的界面張力較小，對液態(tài)金屬的潤濕性較好，熔渣在鋼液表面易鋪展，對鋼屬

41、的潤濕性較好，熔渣在鋼液表面易鋪展，對鋼液的保護(hù)效果較好。形成夾雜的傾向較小。液的保護(hù)效果較好。形成夾雜的傾向較小。 堿性焊條施焊時，覆蓋在熔滴表面的熔渣表面張堿性焊條施焊時，覆蓋在熔滴表面的熔渣表面張力較大，易造成熔滴粗化，飛濺增多。力較大，易造成熔滴粗化，飛濺增多。 酸性焊條施焊時，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，酸性焊條施焊時，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，焊縫魚鱗紋細(xì)密，外觀成形好。焊縫魚鱗紋細(xì)密，外觀成形好。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第四節(jié)第四節(jié) 活性熔渣對金屬的氧化活性熔渣對金屬

42、的氧化一、熔渣的氧化性一、熔渣的氧化性二、擴(kuò)散氧化二、擴(kuò)散氧化三、置換氧化三、置換氧化 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、熔渣的氧化性一、熔渣的氧化性高溫下覆蓋在液態(tài)金屬表面的熔渣，既有對液態(tài)高溫下覆蓋在液態(tài)金屬表面的熔渣，既有對液態(tài)金屬的保護(hù)作用和促進(jìn)化學(xué)冶金反應(yīng)過程順利進(jìn)金屬的保護(hù)作用和促進(jìn)化學(xué)冶金反應(yīng)過程順利進(jìn)行的作用，也有對液態(tài)金屬污染的副作用，其中行的作用，也有對液態(tài)金屬污染的副作用，其中包括氧化性較強(qiáng)的熔渣對液態(tài)金屬的氧化。包括氧化性較強(qiáng)的熔渣對液態(tài)金屬的氧化。熔渣的氧化（或還

43、原）能力是指熔渣向液態(tài)金屬熔渣的氧化（或還原）能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧（或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧）的能力。氧中傳入氧（或從液態(tài)金屬中導(dǎo)出氧）的能力。氧化性較強(qiáng)的熔渣又稱為化性較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣活性熔渣。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作熔渣的氧化性與熔渣的氧化性與 FeO 的活度的活度 熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不穩(wěn)定的熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物氧化物 FeO 量量的高低及該氧化物在熔渣中的的高低及該氧化物在熔渣中的活度活度來衡量。來衡量。 由于熔渣并非理想溶液，

44、渣中氧化鐵的含量并不是由于熔渣并非理想溶液，渣中氧化鐵的含量并不是參加氧化反應(yīng)時的參加氧化反應(yīng)時的有效濃度有效濃度，氧化反應(yīng)是否進(jìn)行與，氧化反應(yīng)是否進(jìn)行與 FeO 在熔渣中的實(shí)際活度在熔渣中的實(shí)際活度 FeO 有關(guān)有關(guān) 。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作圖圖8-4 多元渣系中多元渣系中FeO的的等活度曲線等活度曲線 （1600） FeO在堿性渣中的活度系數(shù)比在酸性渣中大在堿性渣中的活度系數(shù)比在酸性渣中大 對于一定對于一定FeO含量的熔渣，當(dāng)熔渣中堿性氧化物與酸性氧化物含量的熔渣，當(dāng)熔渣中堿

45、性氧化物與酸性氧化物的含量比（即熔渣堿度的含量比（即熔渣堿度B）為）為2時所對應(yīng)的熔渣氧化性最強(qiáng)。時所對應(yīng)的熔渣氧化性最強(qiáng)。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作熔渣的氧化性與溫度的關(guān)系熔渣的氧化性與溫度的關(guān)系已知熔渣成分時，根據(jù)圖已知熔渣成分時，根據(jù)圖8-4查出查出1600下熔渣中下熔渣中FeO的活的活度度FeO ，再通過下式可以估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成，再通過下式可以估算出該溫度下熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時液態(tài)金屬中的含氧量：的系統(tǒng)達(dá)到平衡時液態(tài)金屬中的含氧量： % O =

46、% O max FeO 式中式中 % O max 為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下，與之平衡時液態(tài)金屬中為在純氧化鐵構(gòu)成的熔渣下，與之平衡時液態(tài)金屬中 % O 的極限含量。的極限含量。 % O max 是與溫度有關(guān)的常數(shù)，其關(guān)系式為：是與溫度有關(guān)的常數(shù)，其關(guān)系式為： 當(dāng)當(dāng)T = 1600 時，時， % O max = 0.23 。 隨溫度升高，熔渣的氧化性增大隨溫度升高，熔渣的氧化性增大。734.26320O%lgmaxT合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、擴(kuò)散氧化二、擴(kuò)散氧化 熔渣中的熔渣中的Fe

47、O既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度既溶于渣又溶于液態(tài)鋼，在一定溫度下，它在兩相中的平衡濃度符合分配定律：下，它在兩相中的平衡濃度符合分配定律：FeOFeOL 當(dāng)溫度不變時，增加液態(tài)熔渣中的當(dāng)溫度不變時，增加液態(tài)熔渣中的FeO的含量將會使的含量將會使液態(tài)金屬增氧。液態(tài)金屬增氧。 溫度升高時溫度升高時L值減小，即高溫時，值減小，即高溫時，F(xiàn)eO更容易向金屬更容易向金屬中分配。中分配。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊接過程中的擴(kuò)散氧化焊接過程中的擴(kuò)散氧化 焊接時渣中的焊接時渣中的FeO對金屬的擴(kuò)

48、對金屬的擴(kuò)散氧化主要是在散氧化主要是在熔滴階段和熔池熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)前部高溫區(qū)向液向液態(tài)金屬中過渡的。態(tài)金屬中過渡的。 在熔池尾部，隨著在熔池尾部，隨著溫度的下降，液態(tài)金溫度的下降，液態(tài)金屬中過飽和的氧化鐵屬中過飽和的氧化鐵會向熔渣中擴(kuò)散，這會向熔渣中擴(kuò)散，這一過程稱之為擴(kuò)散脫一過程稱之為擴(kuò)散脫氧。氧。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作FeO的分配常數(shù)的分配常數(shù)L與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)。與溫度和熔渣的性質(zhì)有關(guān)。 在在SiO2飽和的酸性渣中有：飽和的酸性渣中有： 在在CaO飽和的堿性渣中

49、有：飽和的堿性渣中有：877.14906lgTL980.15014lgTL 比較兩式中比較兩式中 L 值大小可以發(fā)現(xiàn)，在熔渣中含值大小可以發(fā)現(xiàn)，在熔渣中含 FeO 相同的相同的情況下，堿性渣時金屬中的情況下，堿性渣時金屬中的FeO含量比酸性渣時大。含量比酸性渣時大。 即即: FeO 在堿性渣中比在酸性渣中更容易向金屬中分配在堿性渣中比在酸性渣中更容易向金屬中分配。FeOFeOL熔渣類型熔渣類型1000K2000K2500KlgL 酸性渣酸性渣3.0290.5760.083lgL 堿性渣堿性渣3.0340.5270.0256 而：而：合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級

50、規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為堿性焊條的焊縫含不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高。事實(shí)上氧量比酸性焊條的高。事實(shí)上多數(shù)情況下堿性焊條的焊縫含多數(shù)情況下堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條低。這是由于氧量比酸性焊條低。這是由于盡管堿性渣中盡管堿性渣中FeO的活度系的活度系數(shù)大，但堿性渣中數(shù)大，但堿性渣中FeO的含的含量并不高（量并不高（見表見表81），因），因此此堿性渣對液態(tài)金屬的氧化性堿性渣對液態(tài)金屬的氧化性比酸性渣要小。比酸性渣要小。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理

51、合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作 實(shí)際擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附近實(shí)際擴(kuò)散氧化反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于界面附近FeO的的擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度、接觸界面面積大小接觸界面面積大小與與擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)時間時間。熔焊時由于熔渣在高溫液態(tài)下的存在時間。熔焊時由于熔渣在高溫液態(tài)下的存在時間短暫，因此短暫，因此擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡狀擴(kuò)散氧化程度一般遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡狀態(tài)態(tài)。圖中酸性渣所對應(yīng)的焊縫含氧量高，不僅僅。圖中酸性渣所對應(yīng)的焊縫含氧量高，不僅僅是渣中是渣中FeO擴(kuò)散氧化的影響。擴(kuò)散氧化的影響。 煉鋼過程中的擴(kuò)散氧化可以進(jìn)行得較為充分煉鋼過程中的擴(kuò)散氧化可以進(jìn)行得較為充分。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與

52、工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、置換氧化三、置換氧化 如果熔渣中含有比較多的如果熔渣中含有比較多的易分解的氧化物易分解的氧化物，便可以與，便可以與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使金屬氧化，同時發(fā)生原氧化物中液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使金屬氧化，同時發(fā)生原氧化物中金屬元素的還原。例如，用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑金屬元素的還原。例如，用低碳鋼焊絲配合高硅高錳焊劑(如如HJ431)埋弧焊時，易發(fā)生如下埋弧焊時，易發(fā)生如下置換氧化反應(yīng)置換氧化反應(yīng): （FeO） （SiO2）+ 2 Fe = Si + 2 FeO FeO或 : （M

53、nO） Mn 置換氧化反應(yīng)與渣中置換氧化反應(yīng)與渣中MnO、SiO2、FeO的濃度和液態(tài)金屬中的濃度和液態(tài)金屬中Si、Mn的原始含量有關(guān)。的原始含量有關(guān)。酸性渣對金屬的置換氧化性高于堿性渣酸性渣對金屬的置換氧化性高于堿性渣。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作 反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為： （FeO）2Si 13460 lgKSi = = +6.04 （SiO2） T （FeO）Mn 6600 lgKMn = = + 3.16 （MnO） T溫度升高，平衡常數(shù)增大，反

54、應(yīng)向右進(jìn)行；溫度升高，平衡常數(shù)增大，反應(yīng)向右進(jìn)行；置換氧化反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴階段與熔池前部的高溫區(qū)；置換氧化反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴階段與熔池前部的高溫區(qū)；液態(tài)金屬的過熱度較低時，液態(tài)金屬的過熱度較低時，KSi明顯小于明顯小于KMn，即（，即（MnO）的氧化性）的氧化性高于（高于（SiO2），），2180以上溫度時，以上溫度時，KSiKMn，顯然對于過熱度很高的熔滴，顯然對于過熱度很高的熔滴，（SiO2）的氧化性可以超過（）的氧化性可以超過（MnO）。）。 0 2180 T / lgKlgKSilgKMn合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基

55、本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作鋼鐵氧化熔煉階段的間接氧化鋼鐵氧化熔煉階段的間接氧化鋼鐵氧化熔煉階段，加入的氧化劑（氣體氧或礦石）除了鋼鐵氧化熔煉階段，加入的氧化劑（氣體氧或礦石）除了進(jìn)行脫碳、脫磷反應(yīng)之外，還會與溶解在鋼液中的錳、硅進(jìn)行脫碳、脫磷反應(yīng)之外，還會與溶解在鋼液中的錳、硅等合金元素發(fā)生氧化反應(yīng)。等合金元素發(fā)生氧化反應(yīng)。溶入到液態(tài)金屬中的氧化性氣體元素可以直接與合金元素溶入到液態(tài)金屬中的氧化性氣體元素可以直接與合金元素反應(yīng)，生成相應(yīng)合金元素的氧化物并進(jìn)入渣相，稱之為直反應(yīng)，生成相應(yīng)合金元素的氧化物并進(jìn)入渣相，稱之為直接氧化。但由于液態(tài)金屬中鐵原子數(shù)遠(yuǎn)比其它合金元素多，接氧化。

56、但由于液態(tài)金屬中鐵原子數(shù)遠(yuǎn)比其它合金元素多，因此多數(shù)情況下是間接氧化。因此多數(shù)情況下是間接氧化。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作反應(yīng)方程式為：反應(yīng)方程式為： O + Fe = ( FeO ) ( FeO ) + Mn = ( MnO ) + Fe 或或: 2 ( FeO ) + 2 Si = ( SiO2 ) + 2 Fe 間接氧化過程是鐵元素先被氧化生成氧化亞鐵，而后氧間接氧化過程是鐵元素先被氧化生成氧化亞鐵，而后氧化亞鐵再將合金元素氧化：化亞鐵再將合金元素氧化： 間接氧化實(shí)質(zhì)上是置換氧化

57、的逆反應(yīng)間接氧化實(shí)質(zhì)上是置換氧化的逆反應(yīng)， 反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行的方向與平衡時各相的含量主要取決于溫度。和熔焊過程的方向與平衡時各相的含量主要取決于溫度。和熔焊過程相比，鋼鐵熔煉時液態(tài)金屬的過熱度不高，間接氧化可以相比，鋼鐵熔煉時液態(tài)金屬的過熱度不高，間接氧化可以進(jìn)行得比較充分。進(jìn)行得比較充分。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作表表8-2 幾種常見鋼鐵熔煉爐中所形成的熔渣成分幾種常見鋼鐵熔煉爐中所形成的熔渣成分熔煉爐種類熔煉爐種類化化 學(xué)學(xué) 成成 分分 （%）SiO2CaOAl2O3MgO

58、FeOMnO高爐高爐304035505205103堿性平爐堿性平爐102030501030520酸性平爐酸性平爐55600101540520氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐714445423TFe142058堿性電弧爐堿性電弧爐3262530.60.2合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作圖圖8-1 8-1 硅氧離子團(tuán)結(jié)構(gòu)圖硅氧離子團(tuán)結(jié)構(gòu)圖合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制

59、作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作酸性渣酸性渣 堿性渣堿性渣 酸性渣中酸性渣中 SiO2 、TiO2 等酸性氧化物較多，等酸性氧化物較多，F(xiàn)eO 的活度低，的活度低，不容易向金屬中擴(kuò)散，因此分配率不容易向金屬中擴(kuò)散，因此分配率 L 值較大。值較大。 堿性渣中酸性氧化物較少，堿性渣中酸性氧化物較少，F(xiàn)eO 大部分以自由狀態(tài)存在，大部分以自由狀態(tài)存在，即即 FeO 在渣中的活度系數(shù)大，所以更容易向金屬中擴(kuò)散。在渣中的活度系數(shù)大，所以更容易向金屬中擴(kuò)散。 正是由于這個原因，在堿性焊條藥皮中一般不加入含正是由于這個原因，在堿性焊條藥

60、皮中一般不加入含 FeO 的物質(zhì)。并要求的物質(zhì)。并要求焊接時嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹。焊接時嚴(yán)格清除焊件表面上的氧化皮和鐵銹。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作置置 換換 氧氧 化化合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊縫的空間位置有：平焊、橫焊、立焊、和仰焊焊縫的空間位置有：平焊、橫焊、立焊、和仰焊平焊平焊橫焊橫焊立焊立焊仰焊仰焊合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五