Водород в жидком железе и в сплавах Fe-С

1.1.5. Водород

Исследования поверхностной активности водорода показали, что он снижает поверхностное натяжение как в жидком железе, так и в сплавах Fe-С при концентрации углерода менее 1,5%.

Поверхностная активность водорода с повышением концентрации углерода уменьшается, и при концентрациях больше 1,6 % водород инактивен [36].

21

В работе [25] отмечается слабое влияние водорода на поверхностное натяжение сплавов Fe-С, причем поверхностная активность не зависит от содержания углерода в сплаве. При температуре выше 1550 °С водород инактивен. Столь незначительные данные не позволяют сделать каких-либо выводов о поверхностной активности водорода и влиянии на нее других элементов.

Таким образом, все основные компоненты, постоянно присутствующие в сплавах на основе железа, являются поверхностно-активными. По усилению поверхностной активности их можно расположить в следующий ряд: С, Si, Mn, P, N, S, О (о влиянии водорода в литературе имеются незначительные и противоречивые данные). Следует отметить, что введение в расплав каждого дополнительного элемента в значительной степени изменяет поверхностную активность компонентов расплава. Кроме постоянных элементов (Si, Mn, Р, S, О, N, Н) в промышленных Fe-С-сплавах, особенно в чугунах, всегда присутствует в виде микропримесей значительное количество элементов, которые в определенных условиях могут оказать решающее влияние на процессы кристаллизации, структуру и свойства отливок. В литературе имеются незначительные данные о их поверхностной активности. Установлено, что Cr, Ni, Mo, Ti, V, Сu, Zr незначительно изменяют поверхностное натяжение сплавов Fe-С. РЬ и Bi являются сильными поверхностно-активными элементами. Если в сплавах Fe-С определена поверхностная активность некоторых элементов-примесей, то в сплавах системы Fe-С-Si такие исследования почти не проводились.

Известно, что явления полиморфизма в металлах, рекристаллизация, рост металлических зерен при отжиге, образование и коагуляция вакансий подвержены заметному влиянию примесей. Предположение о возможности существования корреляции между активностью примеси (оцененное по влиянию на поверхностное натяжение жидкого металла растворителя) и поведением примеси на границе твердая фаза - расплав не отвергается основными положениями термодинамики поверхностных явлений [48].

Особенно важное значение имеют микропримеси при производстве чугуна с шаровидным графитом. Присутствие в расплаве Ti, Bi, Sb, Pb, As, Sn и других элементов препятствует, а иногда и вообще не позволяет получить графит шаровидной формы [42-44].

Интересным является тот факт, что при совместном присутствии в чугуне их вредное влияние усиливается. Механизм антиглобулизирующего влияния микропримесей не ясен. Влияние РЬ и Bi объясняется повышением содержания газов в чугуне, особенно кислорода, что приводит к снижению поверхностного натяжения. Однако данные по содержанию газов, полученные методом вакуум-нагрева, вряд ли могут быть достоверными. Отрицательное влияние кислорода на глобуляризацию графита получено и авторами, однако количественной зависимости не установлено [49].