第-三章金属熔体全部教程文件.ppt

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1、第-三章金属熔体全部处理方法：对于多组分溶液内组分的活度系数，瓦格纳(Wagner．C)于1952年提出了1nγB函数按泰勒级数展开成组分浓度的多项式，代入实验测定的相互作用系数，就可计算出多元系中组分的活度系数。这个方法叫做瓦格纳法。相互作用系数的引入设铁液内除所求活度系数的第2组分B外，尚有其它组分B2，B3，…Bn等存在时，它们的浓度分别用表示，组分B的活度系数在恒温、恒压下是其自身及其它组分浓度的函数，用表示。那么对于函数:的泰勒展开式为：上式便是lnγB在铁的稀溶液内组分的增量为的泰勒

2、级数式。式中是函数的初始值，即稀溶液内活度系数的对数值。对于函数其泰勒展开式只保留二阶导数项，并定义：一级相互作用系数为：二级作用系数为：二级交叉相互作用系数为：活度系数计算的公式根据上面定义，多元溶液中组分B的活度系数γB的计算式可简化为对稀溶液，二阶偏微商项可以略去，则上式变为上式中为Fe-B-K系内，组分B在溶剂中的活度系数的对数值对组分K的浓度的偏导数，亦称相互作用系数，在温度一定的稀溶液内，它们是常数。将上式展开可得出：以上三式为溶液中组元采用摩尔百分比浓度及以纯物质为标准态的活度系数

3、计算公式。同理，若采用质量分数1%溶液为标准态，可得到上式中称为组分K对B的相互作用系数：例题：计算成分为ω[C]=5.0%、ω[Mn]=2.0%、ω[Si]=1.0%、ω[S]=0.05%、ω[P]=0.06%的铁水中硫的活度。已知：解：代入数据得到lgfS=0.561,查反对数表可得fS。相互作用系数如何确定？附录7（P318）给出了溶于铁液中1600℃时各元素的。应用该表读取相互作用系数时，应注意：一、溶剂为铁液；二、元素B和K不要混淆；三、给出的是1873K时的值。相互作用系数的温度关

4、系式一般文献公布的多是温度1873K的值，如给定温度与之相差较远时，则应对文献值进行修正。按正规溶液的热力学可得到相互作用系数的温度关系式为：按准正规溶液模型可推得：通用的关系式为：。利用不同温度测定的作图，可得出A、B常数值。如表3-8。相互作用系数的温度关系式（2）相互作用系数的测定方法从的定义式可以看出是Fe-B-K三元系内的独立值，在多元系中其它组分的浓度不影响K对B的作用，因此多元系内的一级相互作用系数可由三元系的实验方法测定。测定方法有同一活度法(溶解度法)和同一浓度法(化学平衡法)

5、。同一活度法（溶解度法）当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加入第3组分，则其溶解度就要改变，但其活度不变，因为第3组分引起它的活度系数发生了变化。因此B=[B]饱，而溶液达到平衡时，KΘ=a[B]。在相同的温度及标准态下，两系的KΘ相同，活度也相同，故于是注意：式中分别为Fe-B系和Fe-B-K系内B的溶解度。由于此法是根据二元系及三元系中组分B的活度相同导出的，所以称为同一活度法。同一浓度法（化学平衡法）方法要点如下：铁液内溶解了一定量的组分B的条件下，加入不同量的第三组分K时，由

6、化学反应的平衡常数，求得组分B的活度系数fB。对三元系Fe-B-K，可得出，再以作图，由直线的斜率和截距得出和。由于此法中的B组分浓度活度系数均是按Fe-B二元系中B的浓度计算的，所以称为同一浓度法。相互作用系数的特性相互作用系数的特性决定于第三组分K在Fe-B系中K、B、Fe质点间作用力的特性。与Fe－B间作用力相比，如果作用力，则第三元素K能降低B组元活度系数，这时。例如，铁液中的Mn、Cr等元素会使C的活度系数降低，溶解度升高，因其、均小于0；反之，若作用力，则第三元素能提高B组元活度系数

7、，并使其溶解度降低，这时>0，例如，铁液中的Si、P等元素会使C的活度系数升高；若作用力，则第三元素对B组元活度系数无影响，这时=0。转换关系：；第三节铁液中元素的溶解及存在形式铁液中元素种类较多，大致可分为：1）钢中的气体；2）钢中的杂质；3）钢中的合金元素与有益元素；钢铁中的氢氢是钢铁中的气体之一，纯有害元素。危害：氢在钢中形成“白点”，引起“氢脆”和应力腐蚀。钢液凝固时，发生偏析，来不及排出，形成“白点”，轧制后形成条状的白亮带，性能降低。真空处理的方法除去钢中的氢非常有效；氢在铁液中的溶

8、解度很小，形成稀溶液，目前工程上普遍以ppm（10-6）作单位来衡量。它们在钢中的溶解符合气体溶解的西华特平方根定律。钢铁中的氮氮是钢中的气体之一；氮对部分钢种，特别是耐磨性强的钢是有益的元素，但它能降低一般钢种的塑性，提高钢的脆性，也是钢中的有害元素。钢液凝固时，其溶解度强烈降低，溶解气体的析出引起元素的偏析（如氮化物夹杂）或使钢铸件产生气孔，均使钢的性能降低。（电弧附近的高温区，吸氮能力很强）来源：空气；除去方法：吹氩，真空。氢和氮在钢液或铁液中的溶解服从符合气体溶解的西华特平方根定律。因此