Взаимодействие стали с алюминием при КЗ
Согласно диаграмме состояния Al—Fe, при высокой температуре горения дуги алюминий (а также марганец и кремний) неограниченно растворяется в железе. Однако в каждом конкретном случае (например, при кратковременном процессе) концентрация расплава будет определяться режимом дугового разряда (силой тока продолжительностью, прерывистостью горения дуги и т. п.). Благодаря нестационарности процесса состав затвердевшей жидкой ванны, подобно металлу шва сварных соединений, может быть неоднородным.
Поскольку алюминий имеет меньшую, чем у железа, температуру плавления и плотность, в определенных условиях, очевидно, возможна последовательная кристаллизация сначала бедного, а затем богатого алюминием расплавов.
Структура затвердевшего расплава зависит от химического состава. Согласно диаграмме состояния, основой структуры сплавов Fe—Al, содержащих до 32 % А1, является алюминиевый феррит — твердый раствор алюминия в α-железе.
При охлаждении затвердевшей жидкой ванны или при последующем нагреве (пожаре) происходит распад α-твердого раствора с образованием иглообразных частиц, содержащих примерно 10 % А1 и 0,6 % Мn. По данным рентгеноструктурного анализа, эти частицы представляют фазу Fe3Al. Согласно диаграмме состояния Al—Fe, эта фаза может содержать 12—22 % А1.
Структура стенки трубы по «берегам» жидкой ванны формируется под влиянием сложного термического цикла дугового разряда (и пожара), а также в результате диффузии алюминия. Согласно диаграмме состояния Al—Fe, при высокой температуре (выше 1200 °С) диффузия алюминия в железо приводит к образованию слоя α-твердого раствора переменной концентрации. Отметим, что при концентрации 0 - 1 % А1 формируется твердый раствор на основе а-железа; при последующем охлаждении он превращается в α-феррит. Интерметаллиды (алюминиды) железа в этих температурных условиях образоваться не могут. Следует подчеркнуть, что концентрация алюминия в диффузионном слое меньше, чем его концентрация в затвердевшей жидкой ванне (9,3 %).
|
|
|
Могут выявляться два, местами три слоя α-феррита с разной концентрацией алюминия (1,3 %). Их образование, по-видимому, можно объяснить последовательным воздействием нескольких дуговых разрядов, так что по числу слоев можно судить о множественности высокотемпературных (выше 1200 °С) нагревов.
Наблюдаемое изменение структуры стенки трубы по мере удаления от «берегов» жидкой ванны во многом подобно структуре околошовной зоны сварных соединений. Структура основного металла (стали) закономерно меняется под влиянием нагрева с резким градиентом температуры. Диффузионный слой (или его часть), очевидно, служит одновременно и зоной сплавления, наблюдаемой в сварных соединениях в участке, прилегающем ко шву.
|
|
|
При анализе возможности проплавления стенки стальной трубы расплавленным алюминием следует иметь в виду, что образование таких проплавлений наиболее вероятно в случае тонкостенных стальных труб толщиной до 1 мм или металлорукавов. Если труба имеет более толстые стенки, то скорость взаимодействия резко снижается за счет образования слоя интерметаллида между расплавленным алюминием и стенкой трубы.
Соответственно, возрастает время, необходимое для образования сквозного проплавления (таблица 2.15).
Таблица 2.15 - Условия образования сквозного проплавления стенки стальной трубы при температуре 800 °С [48]
| Средняя толщина стенки, мм | 0,5 | 0,8 | 1,5 | 3,0 |
| Время проплавления, ч. | 2 – 2,5 | 3 – 3,5 | 9 - 11 | 18 |
Отверстие, через которое вытекает, расплав, образуется в локализованном участке стенки трубы. При этом кромки отверстия деформируются, выгибаются. На внутренней поверхности стенки в местах контакта с расплавом образуется рыхлый слой алюминидов железа.
Для определения элементного и фазового состава затвердевшего расплава проводился его микрорентгеноспектральный (МРСА) и рентгеноструктурный фазовый анализ (РСФА). МРСА показал, что основу расплава составляет алюминий, в котором имеются иглообразные кристаллы фазы, включающей алюминий и железо в соотношении 3:1. РСФА показал, что иглообразные кристаллы представляют собой фазу FeAl3.
|
|
|
Затвердевший при охлаждении на воздухе расплав представляет собой гетерогенную смесь крупных и мелких частиц соединения FeAl3 в алюминиевом твердом растворе. Согласно диаграмме состояния Al—Fe, железо практически не растворяется в твердом алюминии (0,04 % при 655 °С). Поэтому все железо, имеющееся в расплаве, расходуется на образование интерметаллидов.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 159; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!