Металлы в жидком азоте

Обновлено: 05.07.2024

Низкоуглеродистые стали с содержанием никеля 3,5% часто используются в резервуарах для хранения сжиженного газа при температурах до -100 ° C.

Многие сплавы алюминия, никеля и титана также подходят для этих температур.

Сколько ветра выдержит металлическое здание?

В результате сегодняшние конструктивные решения обеспечивают дополнительное усиление в этих критических областях. Большинство зданий могут быть спроектированы так, чтобы противостоять ураганам и выдерживать ветер со скоростью до 170 миль в час!

Реален ли Liquid Metal?

Ученые создают жидкий металл, который ведет себя как Терминатор Т1000. Новый металл может растягиваться и трансформироваться в реальном времени в трехмерном пространстве. Китайским ученым удалось создать магнитный жидкий металл, который может растягиваться и трансформироваться в больших масштабах в трехмерном пространстве.

Ядовит ли жидкий металл?

В то время как самый известный жидкий металл - ртуть - хорошо известен как опасный, жидкий металл, такой как галлий, совершенно нетоксичен и плавится при комнатной температуре или около нее, поэтому мы можем использовать его для преобразования одного материала в другой при очень высокой температуре. низкие входные энергии.

Азот - это металл, неметалл или металлоид?

Группа 15 периодической таблицы также называется азотной группой. Первым элементом в группе является неметаллический азот (N), за ним следует фосфор (P), еще один неметалл. Мышьяк (As) (рисунок ниже) и сурьма (Sb) являются металлоидами в этой группе, а висмут (Bi) - металлом.

Есть ли металл, способный выдержать ядерный взрыв?

Названный Starlite, он мог выдерживать температуру до 1000 ° C, его можно было легко наносить на поверхности и даже выдерживать ядерный взрыв.

Однако в 2011 году Уорд, к сожалению, скончался, так и не объяснив ни одному ученому, как работает Starlite.

Что такое неметалл при комнатной температуре?

Неметаллы могут быть твердыми, жидкими или газообразными при комнатной температуре в зависимости от элемента. Сера, бром и гелий - типичные неметаллы.

Что такое жидкий металл?

Жидкий металл состоит из сплавов с очень низкими температурами плавления, которые образуют жидкую эвтектику при комнатной температуре. Ртуть: Ртуть является единственным металлом при естественной температуре и давлении и представляет собой пар. Следовательно, примером жидкого металла является ртуть, а жидкого неметалла - бром.

Для чего используется жидкий металл?

Типичные применения жидких металлов включают термостаты, переключатели, барометры, системы теплопередачи, а также конструкции для термического охлаждения и нагрева. Уникально то, что они могут использоваться для передачи тепла и / или электричества между неметаллическими и металлическими поверхностями.

Что такое металл и его свойства?

Металлы блестящие, пластичные, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество.

К другим свойствам относятся: Состояние: Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая является жидкой при комнатной температуре (Галлий жидкий в жаркие дни).

Пластичность: Металлы можно втягивать в проволоку.

Что такое жидкий металл в PS5?

Объяснение охлаждения жидкого металла PS5 Жидкий металл - это сплав, состоящий из таких металлов, как галлий и индий. Он находится в жидкой форме при комнатной температуре, что позволяет ему иметь большую теплопроводность по сравнению с термопастами, которые считаются промышленным стандартом.

Похожие вопросы и ответы

fthiella

Как называется металл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре * 2 балла натрий b калий C ртуть D бром?

При комнатной температуре ртуть (Hg) находится в жидком состоянии.

PerracoLabs

Как называется металл, который существует?

Ртуть - это всего лишь металл, существующий в жидком состоянии.

rafaelc

Какой единственный жидкий металл в периодической таблице?

Ртуть Ртуть - единственный элементарный металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре.

Óscar López

Какой единственный металл в группе 15?

висмутTrue; висмут - единственный металлический элемент группы 15. Самая распространенная физическая форма азота - бесцветный газ.

AbdulMomen عبدالمؤمن

Какой единственный металл обычно существует на Земле в жидком виде?

Ртуть - это ртуть, и это единственный металл, который обычно существует на Земле в виде жидкости.

Какой металлический сплав самый прочный?

Вольфрам Вольфрам: вольфрам сам по себе очень хрупкий, но при смешивании он становится одним из самых прочных сплавов на Земле. Прочность на растяжение вольфрама не имеет себе равных и может выдерживать давление до 500 кПа при комнатной температуре!

Thomas Matthews

Какой металл в жидком состоянии?

ртуть (Hg) Жидкий металл - это металл или металлический сплав, который является жидким при комнатной температуре или близкой к ней. Единственным стабильным жидким элементарным металлом при комнатной температуре является ртуть (Hg), которая расплавляется при температуре выше -38,8 ° C (234,3 K, -37,9 ° F).

wong2

Какой металл используется для охлаждения жидких металлов?

Стандартным металлом для создания жидких сплавов раньше была ртуть, но сплавы на основе галлия, которые имеют более низкое давление паров при комнатной температуре и токсичность, используются в качестве замены в различных областях.

Bennett Dams

Может ли жидкий металл ржаветь?

Коррозия жидкого металла зависит от самого жидкого металла и примесей в нем. Жидкий натрий и сплав натрий-калий менее агрессивны, чем жидкий свинец и сплав свинец-висмут при тех же условиях эксплуатации, когда влияние примесей не учитывается.

Sheharyar

Жидкий металл - это хорошо?

Основной компонент жидкого металла - галлий. Это мягкий металл с низкой температурой плавления и высокой температурой кипения. Однако жидкий металл значительно лучше проводит тепло. Но, к сожалению, его нельзя использовать с алюминиевыми радиаторами, так как галлий вступает в реакцию с алюминием.

Prophet

Из чего состоит жидкий металл?

Что такое Ликвидметалл? Вопреки своему названию, Liquidmetal - это не жидкость, а промышленный материал, сделанный из таких металлов, как титан, медь, алюминий и никель. Его синтезирует одноименная компания Liquidmetal Technologies.

Chris Morgan

Какой металл на земле самый жаропрочный?

Карбид тантала Установлен новый рекорд для самого жаропрочного материала в мире. Исследователи обнаружили, что карбид тантала и карбид гафния могут выдерживать температуру обжига почти 4000 градусов по Цельсию.

mythz

Можно ли наносить жидкий металл на пластик?

Однако не сообщалось о жидком металле (ЖМ) в пластмассах, обладающих выдающимися механическими свойствами. Эта работа подчеркивает потенциал LM-пластиков для широкого применения и может облегчить реализацию гибких сенсорных устройств в инженерных приложениях.

David Basarab

Делает ли замерзший металл хрупким?

да. Охлаждение чего угодно до температур жидкого азота делает его более хрупким, чем при более высоких температурах. Металлы становятся хрупкими при температурах намного более высоких, чем температура жидкого азота. Холодной зимней ночью в Айове дверь машины моего брата замерзла.

CodeBender

Как избавиться от металлических царапин в ванне?

Царапины и потускнение можно удалить с помощью жидкого полировального средства, например, гель-блеска или полироли для металла. Глубокие царапины или ожоги можно удалить с помощью очень мелкой наждачной бумаги, а затем нанести жидкий полироль. Используя влажную губку, промойте пораженный участок теплой водой с жидкостью для мытья посуды. Тщательно смойте теплой водой.

Limey

Какой неметалл присутствует в азотной кислоте?

Неметаллы, которые присутствуют в азотной кислоте, - это азот, водород и кислород.

David Schmitt

Какое давление выдерживает сталь?

Например, предел прочности на разрыв стали, которая может выдерживать силу 40 000 фунтов на квадратный дюйм, может быть выражено как 40 000 фунтов на квадратный дюйм или 40 фунтов на квадратный дюйм (где K является знаменателем для тысяч фунтов). Предел прочности стали также может быть указан в МПа или мегапаскалях.

Charchit Kapoor

Что такое неметалл и пример?

Примерами неметаллов являются водород, гелий, хлор, фтор, углерод, азот, кислород, фосфор, селен. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.

Michiel Borkent

Что такое неметалл с примером?

Какие примеры неметаллов? Ответ: Водород, водород, хлор, фтор, углерод, азот, мышьяк, фосфор, селен являются примерами неметаллов.

ErikE

Какой металл выдерживает 10000 градусов?

В ходе испытаний Starlite смог противостоять атаке лазерного луча, который мог создать температуру до 10 000 градусов. Живые демонстрации также показали, как яйцо, покрытое Starlite, может оставаться сырым и достаточно холодным, чтобы его можно было взять голой рукой, даже после пяти минут в пламени паяльной лампы.

Pascal MARTIN

Какой металл выдерживает 4000 градусов?

Исследователи обнаружили, что материалы из карбида тантала и карбида гафния могут выдерживать температуру обжига почти в 4000 градусов по Цельсию 22 декабря 2016 г.

Paul Tomblin

Есть ли металл, способный противостоять солнечному нагреву?

Это зависит от того, что вы подразумеваете под солнечным теплом.

Самая горячая часть Солнца - это плазма снаружи, она простирается на миллионы миль в космос и достигает 3 миллионов градусов Цельсия.

Таким образом, ни металл, ни жидкость, ни твердое тело не могут выдержать такую ​​высокую температуру.

Вольфрам имеет температуру плавления 3422 градуса Цельсия !.

MatPag

Есть ли металл, способный противостоять солнцу?

Самая горячая часть Солнца - это плазма снаружи, она простирается на миллионы миль в космос и достигает 3 миллионов градусов по Цельсию! Таким образом, ни металл, ни жидкость, ни твердое тело не могут выдержать такую ​​высокую температуру.

madhead

Может ли металл противостоять солнцу?

Какую скорость ветра выдерживает металлическая крыша?

С другой стороны, металлические крыши не только остаются цельными, но и отлично защищают от ветрового дождя.

По данным Metal Roofing Alliance, при испытаниях на ветровую нагрузку металлические крыши получают скорость ветра 140 миль в час, а некоторые из них могут выдерживать порывы ветра до 180 миль в час.

joaquin

Как называется жидкий металл?

Элементарный галлий - мягкий серебристо-синий металл при стандартной температуре и давлении, хрупкое твердое вещество при низких температурах и жидкость при температурах выше 29,76 ° C (85,57 ° F) (немного выше комнатной температуры).

brismuth

Жидкий металл лучше термопасты?

Термопаста не так хорошо проводит тепло, как жидкий металл. Поэтому используйте жидкий металл для построек, которые, как вы ожидаете, будут перегреваться и для которых нужны наилучшие результаты; вам лучше выбрать жидкий металл. Жидкий металл всегда электропроводен, что может привести к проблемам на линии.

Psidom

Какой металл может противостоять лаве?

ОТВЕТ: Есть много материалов, которые могут выдерживать эти температуры: от металлов, таких как (никелевые сплавы, сплавы железа, вольфрам и молибденовые сплавы, даже если эти два могут иметь проблемы с окислением, иридий, осмий, титан и т. Д.), До керамики (нитрид кремния). , оксид алюминия, муллит, диоксид циркония и др.).

Какой толщины фальца металлочерепицы?

Долговечность - в отличие от других кровельных материалов, в крышах со стоячим фальцем используется металл толщиной 26 или 24, который не трескается и не подвергается коррозии. Многие крыши со стоячим фальцем могут выдерживать ветер до 140 миль в час и могут прослужить 50 и более лет.

typeoneerror

Какой металл выдержит ядерный взрыв?

Неразрушимый пластик, называемый Starlite, может выдерживать температуру до 1000 ° C, его можно легко наносить краской на поверхности и даже выдерживать ядерный взрыв. Однако в 2011 году Уорд, к сожалению, скончался, так и не объяснив ни одному ученому, как работает Starlite.

mejiamanuel57

Какой из следующих щелочных металлов реагирует с азотом?

Литий Литий - единственный щелочной металл, который реагирует с азотом с образованием нитрида.

Praveen Sripati

Какой из следующих металлов не реагирует с азотом?

«Литий - единственный металл среди щелочных металлов, который может образовывать нитрид».

Michael Kay

Можно ли сваривать сталь TIG прямым аргоном?

Для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) требуется чистый аргон (AR) в качестве защитного газа для защиты сварочной ванны от окисления и поглощения азота. Независимо от того, какой металл вы свариваете, будь то низкоуглеродистая сталь. Из нержавеющей стали, меди или алюминия вам следует использовать чистый аргон.

Газ - это металл или неметалл?

Семнадцать элементов обычно классифицируются как неметаллы: большинство из них - это газы (водород, гелий, азот, кислород, фтор, неон, хлор, аргон, криптон, ксенон и радон); один - жидкость (бром); и некоторые из них - твердые вещества (углерод, фосфор, сера, селен и йод) ..

ekhumoro

Опасен ли жидкий металл?

Когда вы думаете о жидких металлах, вы, вероятно, думаете о таком опасном, как жидкая ртуть. Но знаете ли вы, что есть жидкий металл, с которым безопасно обращаться голыми руками? Это называется галлий, и это интересно. Вы можете смело брать жидкий галлий в руки и наблюдать за его уникальными характеристиками.

Jayprakash Dubey

Азот - металл неметалл или металлоид?

Азот - неметалл. Обычная газообразная форма азота и его высокая электроотрицательность - две основные особенности неметаллов. Тем более что отсутствие прочного

Badis Merabet

Есть ли металл, способный противостоять лаве?

Есть определенные металлические сплавы, которые могут выдерживать температуру. лавы а именно. вольфрамовый сплав, железо, молибден и никелевые сплавы.

luk2302

Какие примеры оксидов металлов?

Примерами являются углерод, железо, азот (см. Оксид азота), кремний, титан и алюминий. В таких случаях оксиды различаются указанием количества задействованных атомов, как в монооксиде углерода и диоксиде углерода, или путем указания степени окисления элемента, как в оксиде железа (II) и оксиде железа (III).

Sarfraz

Что происходит, когда оксиды металлов растворяются в воде?

Отвечать. Щелочной раствор может образовываться при растворении оксида металла в воде. Однако диоксид серы и диоксид азота растворяются с образованием кислых растворов. Растворимые оксиды неметаллов образуют кислоты при растворении в воде.

AnilGoyal

Что происходит, когда металлический натрий падает в жидкий аммиак?

Когда металлический натрий растворяется в жидком аммиаке, образуется раствор синего цвета. Когда металлический натрий растворяется в жидком аммиаке с образованием окрашенного раствора. Разбавленные растворы имеют ярко-синий цвет из-за наличия сольватированных электронов.

jakub.g

Что происходит, когда металлический натрий подвергается воздействию воздуха?

В обычном воздухе металлический натрий реагирует с образованием пленки гидроксида натрия, которая может быстро поглощать диоксид углерода из воздуха, образуя бикарбонат натрия.

Он значительно более активен в воздухе в жидком виде, чем в твердом, и жидкость может воспламениться при температуре около 125 ° C (257 ° F).

testndtv

Какой пример оксида металла?

Примерами являются углерод, железо, азот (см. Оксид азота), кремний, титан и алюминий. В таких случаях оксиды различаются указанием количества задействованных атомов, как в монооксиде углерода и диоксиде углерода, или указанием степени окисления элемента, как в оксиде железа (II) и оксиде железа (III).

casperOne

Что такое 7 класс металла и неметалла?

Неметаллы * Тусклые на вид. * Плотность от низкой до умеренной. * Может существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии (жидкий неметалл - это бром). * Имеет широкий диапазон температур плавления и кипения. * Обычно являются плохими проводниками тепла и электричества, за исключением графита, который является хорошим проводником.

JustCarty

Какой единственный жидкий металл при комнатной температуре?

Ртуть Ртуть - единственный жидкий металл, обнаруживаемый при нормальной температуре.

Sachin

Какой единственный металл является жидким при комнатной температуре?

Ртуть Ртуть - единственный жидкий металл, обнаруживаемый при нормальных температурах.

Orion Edwards

Какой единственный металл является жидким при нормальной комнатной температуре?

Ртуть Ртуть - единственный металл, который находится в жидком состоянии при нормальной температуре.

Salvador Dali

Какой металл выдерживает 1000 градусов?

Вольфрам Вольфрам Какой металл выдерживает 1000 градусов? Вольфрам Вольфрам Как тугоплавкий металл, он обладает высокой термостойкостью и высокой температурой плавления. Вольфрам можно использовать в качестве основного металла для сплава или опорного элемента.

Dan Mullin

Какой металл выдерживает 2000 градусов?

Существует множество материалов, которые могут выдерживать эти температуры: от металлов, таких как (никелевые сплавы, сплавы железа, вольфрам и молибденовые сплавы, даже если эти два могут иметь проблемы с окислением, иридий, осмий, титан и т. Д.), До керамики (нитрид кремния, алюминий). оксид, муллит, диоксид циркония и др.).

Paweł Grondal

Какой металл выдержит пулю?

Вольфрам Вольфрам: идеальный металл для пуль и ракет.

Samantha J T Star

Какой металл кроме ртути?

Ни один металл, кроме ртути, не является жидким при комнатной температуре, которая составляет 25 градусов Цельсия. Но при немного более высоких температурах франций (27 градусов по Цельсию), цезий (28 градусов по Цельсию) и галлий (29 градусов по Цельсию) находятся в жидком состоянии.

Металлы в жидком азоте




Взаимодействие жидких металлов со свободным молекулярным азотом происходит с малой интенсивностью. Это объясняется очень незначительной величиной константы диссоциации молекулярного азота. Взаимодействие сильно ускоряется при наличии в атмосфере атомарного азота, появляющегося вследствие каких-либо реакций. Атомарный азот либо растворяется в расплаве, либо образует свободные нитриды. Поэтому часто источником азота, попадающего в расплав, служит не атмосфера воздуха, а аммиак, окислы азота, мочевина и другие соединения, которые диссоциируют или разлагаются при высоких температурах.
Взаимодействие жидких металлов с азотом отражено в приведенном ниже ряду, где практическое отсутствие растворимости газа в расплаве отмечено знаком «-», а возможность растворения в заметных количествах — знаком «+»:

Взаимодействие жидких металлов с азотом


Как видно, в более легкоплавких металлах (от олова до меди включительно) азот не растворяется в сколько-нибудь заметных для практики количествах. Для них этот газ может считаться инертным. Некоторая особенность во взаимодействии с азотом имеется у магния и алюминия. Эти металлы при длительных выдержках и высоких температурах способны реагировать с азотом с образованием нерастворимых в расплаве твердых нитридов. Свежеобразованные нитриды магния и алюминия легко разлагаются при контакте с влагой на оксиды и аммиак. В более тугоплавких металлах, начиная с марганца, азот растворяется в заметных количествах. Эти металлы можно подразделить на две подгруппы. В жидких железе, никеле и марганце растворимость азота хорошо подчиняется закону Сивертса. Растворение азота происходит с поглощением тепла, и, следовательно, растворимость возрастает с повышением температуры.
Падение растворимости азота в жидких железе и никеле с понижением температуры предопределяет вероятность появления в этих металлах газовой пористости, образованной азотом. При равновесных условиях в никеле весь выделяющийся из раствора азот переходит в газовую фазу. В железе имеются промежуточные нитридные фазы, однако при обычных условиях охлаждения эти фазы не успевают образоваться, так что весь освобождающийся азот остается в виде газовых пузырей и пор в твердом металле.

Взаимодействие жидких металлов с азотом


Особенности взаимодействия с азотом тугоплавких металлов, составляющих другую подгруппу металлов в рассматриваемом ряду, удобно проследить по диаграммам состояния металл — газ. Прежде всего надо отметить, что все тугоплавкие металлы 4, 5 и 6-й групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева растворяют азот с выделением тепла. Следовательно, повышение температуры должно сопровождаться снижением содержания газа в растворе. Это хорошо видно, например, по линии раздела областей жидкость и жидкость — газ в системе хром — азот (рис. 8). Другой важной особенностью рассматриваемых металлов является то, что они образуют с азотом стойкие нитриды, температура плавления которых может превышать температуру плавления самих металлов. Особенно тугоплавки нитриды металлов 4-й группы периодической системы. При кристаллизации расплавов всех металлов рассматриваемой подгруппы азот не должен выделяться в свободном виде, и поэтому возникновение газовой пористости в этих металлах при наличии азота в расплаве невозможно. При кристаллизации расплава азот будет либо полностью переходить из жидкого раствора в твердый, либо образовывать первично кристаллизующиеся нитриды. Возможно также появление нитридов по эвтектической реакции, как это происходит в системе хром — азот.
Относительно взаимодействия с азотом молибдена и вольфрама можно отметить, что растворимость азота в них весьма мала.
Все редкоземельные металлы — от лантана до лютеция, включая скандий и иттрий, ведут себя в контакте с азотом подобно металлам 4-й и 5-й групп периодической системы элементов; они способны растворять этот газ в заметных количествах и образовывать с ним термически стойкие нитриды, которые совершенно нестойки в контакте с влагой. Подобным же образом взаимодействуют с азотом все щелочные и щелочноземельные металлы. При плавке всех этих металлов наличие азота в атмосфере даже в небольших количествах неизбежно приводит к загрязнению расплава либо растворенным газом, либо свободными нитридами. При кристаллизации загрязненных азотом расплавов не происходит выделение газа, пористость не образуется, весь газ остается в твердом металле, главным образом в виде нитридных фаз.
Сплавы на основе легкоплавких металлов в рассмотренном выше ряду до алюминия включительно, а также сплавы на основе серебра и меди при обычных температурах плавки не реагируют с азотом и не растворяют его подобно чистым металлам-основам. Взаимоотношение с азотом жидких сплавов на основе марганца, никеля и железа может быть приблизительно оценено как промежуточное между поведением чистой основы и чистого легирующего компонента. Иначе говоря, введение элементов, способных в большей мере поглощать азот, чем основа, увеличивает растворимость азота в расплаве. Так, например, добавка хрома заметно увеличивает равновесное содержание азота в железе и никеле при одинаковых температурах и давлениях. Если легирующий элемент образует тугоплавкий нитрид, то такой нитрид может появиться в твердом виде в расплаве. Так, в жидких сплавах железо—титан при 1600 °C и давлении азота в 10в5 Па появляется твердый нитрид титана, начиная с содержания титана около 0,1 % (по массе). Поведение растворенного азота при охлаждении и кристаллизации сплавов на основе железа и никеля, содержащих такие сильные нитридообразующие металлы, как титан, алюминий, очень сложно. В общем можно сказать, что при малых содержаниях подобных металлов возможно выделение азота в свободном виде и, следовательно, возможно появление газовой пористости. При больших содержаниях этих металлов в сплавах выделение свободного азота не происходит, поскольку он связывается в нитриды в процессе охлаждения и кристаллизации расплава.
Сплавы на основе тугоплавких металлов 4, 5 и 6-й групп периодической системы элементов Д.И. Менделеева взаимодействуют с азотом практически как чистые металлы-основы. То же можно сказать о сплавах на основе редкоземельных, щелочных и щелочноземельных металлов.

Закалка деталей из алюминиевых сплавов в жидком азоте

Е. Г. ИЛЬЮШКО, А. С. БЕДАРЕВ
ISSN 0026-0819. «Металловедение и термическая обработка металлов», № 1. 1968 г.

Целью настоящей работы явилось изучение влияния криогенных закалочных сред на коробление и механические свойства деталей из алюминиевых сплавов.

Образцы из сплава Д16АМ после нагрева до 500 °С и выдержки в зависимости от толщины закаливали в жидком азоте. Нагревали образцы в воздушно-закалочных агрегатах. Для уменьшения испарения жидкий азот заливали в бак с двойными стенками. Для сравнения образцы после нагрева охлаждали в воде при 20 °С, в кипящей воде и на воздухе. После закалки и естественного старения определяли величину коробления и исследовали механические и коррозионные свойства образцов. Листовые образцы из сплава Д16АМ имели размеры 500×140×1,2 и 300×30×(1÷5) мм.

Исследования показали, что средняя величина стрелы прогиба образцов, закаленных в жидком азоте, составляет примерно 1,5 мм, в то время как аналогичные образцы, закаленные в воде, имели стрелу прогиба в среднем 50 мм.

Таким образом, коробление образцов, закаленных в жидком азоте, уменьшается более чем в 30 раз. Такое значительное уменьшение коробления при закалке алюминиевых деталей в жидком азоте по сравнению с закалкой в воде объясняется различными механизмами охлаждения детали [1, 2].

Скорость охлаждения любого материала зависит от теплоемкости охлаждающей жидкой среды. При охлаждении в воде она неравномерно испаряется при соприкосновении с деталью; в результате скорость
передачи тепла между участками детали, находящимися в непосредственном контакте с водой, и соседними участками — в контакте с водяным паром — неодинакова. Различная скорость охлаждения вызывает неодинаковые степени сжатия материала при закалке и закалочные напряжения и, как следствие, деформацию материала.

При закалке в жидком азоте на детали образуется непрерывная пленка в виде газообразного азота.

Жидкий азот имеет более низкую теплоту парообразования по сравнению с водой. Так, если для воды удельная теплота испарения составляет 539 кал/г, то для азота она равна 47 кал/г, т. е. примерно в 10-11 раз меньше.

Следовательно, стадия образования газообразной рубашки гари закалке в жидком азоте не прерывается, вследствие чего достигается равномерное охлаждение поверхности и сечения детали на протяжении всего цикла охлаждения, что и предопределяет получение деталей с минимальной деформацией.

Материал Толщина металла в мм σВ в кГ/мм 2 δ в % σВ в кГ/мм 2 δ в % σВ в кГ/мм 2 δ в %
по ГОСТу и АМТу После закалки в воде После закалки в жидком азоте
Д16АМ, лист 0,47 42 13 45 21 45 21
0,75 46 19 46 20
1,15 45 20 45 22
1,50 45 20 45 21
1,90 47 19 46 21
2,50 45 19 45 20
2,9 44 11 44 18 45 18
3,8 45 19 45 18
4,8 46 14 44 17
Д16АМ, профиль 2,11 40 45 21
3,13 47 17
4,12 46 20

Исследования показали (ом. таблицу), что предел прочности и относительное удлинение незначительно отличаются от прочностных характеристик образцов, закаленных в воде, и находятся в пределах требований ГОСТа. Это соотношение справедливо для образцов с толщиной стенки до 5 мм. При толщине же стенки больше 5 мм прочностные характеристики образцов, закаленных в жидком азоте, начинают
уменьшаться, что связано с меньшей скоростью охлаждения в жидком азоте по сравнению со скоростью охлаждения в воде.

Кольцо Френча после разрезания

Рис.1. Кольцо Френча после разрезания.

Остаточную деформацию алюминиевых сплавов, закаленных с различными скоростями, определяли на кольцах Френча (рис. 1), вырезанных из плакированного листа толщиной 5 мм сплава Д16АМ одной плавки. Величину деформации определяли по изменению расстояния А между рисками после разрезки на фрезерном стайке с шириной прорези 2 мм. Первоначальное значение расстояния между рисками А было 10 мм. Образцы после нагрева при 500 °С и необходимой выдержки охлаждали в воде
при 20 °С, в кипящей воде, в жидком азоте и на воздухе.

По 10 колец Френча охлаждали в каждой среде. Средние значения деформаций после охлаждения в различных средах показаны на рис. 2.

Деформация колец Френча после закалки в различных средах

Рис.2. Деформация колец Френча после закалки в различных средах: а — в воде при 20 °С; б — в воде при 90 °С; в — в жидком азоте при -196 °С; г — на воздухе; 1 — минимальная деформация; 2 — максимальная деформация.

Максимальная деформация получается при охлаждении в воде при 20 °С, а минимальная — при охлаждении в жидком азоте и на воздухе.

Одновременно проводили исследования коррозии под напряжением
и межкристаллитной коррозии образцов, закаленных в жидком азоте и в воде при 20 °С. При исследовании коррозии под напряжением образцы в форме петли зажимали в приспособлении и выдерживали в 3%-иом растворе NaCl в течение 3 мес. После таких испытаний трещин на образцах не обнаружено. Признаков межкристаллитной коррозии у плакированных образцов, помещенных на 24 ч в раствор [30 г NaCl+10 мл НС1 (удельный вес 1,19)+ 1 л воды], также не было.

В микроструктуре образцов, закаленных в жидком азоте и в воде, видны равномерно распределенные частицы нерастворившихся вторых фаз, границы зерен α-твердого раствора четко очерчены, однако после закалки в жидком азоте зерна несколько увеличены.

Была проведена закалка в жидком азоте и в воде ребристых панелей из Д16АМ размером 1000×Х700 мм с толщиной стенки 2,5 мм и высотой ребра 25 мм.

После закалки в жидком азоте у панели отсутствовало коробление, а панель, закаленная в воде, имела коробление, трудно исправимое рихтовкой.

Вывод. Закалка тонкостенных деталей из алюминиевых сплавов в жидком азоте при -196 °С позволяет уменьшить коробление до минимума без снижения прочности и коррозионной стойкости. Для деталей сечением до 5 мм из сплава Д16 прочностные характеристики, соответствующие требованиям
ГОСТа, могут быть получены закалкой в жидком азоте.

Список литературы:

1. Dullberg Е. «The SAE Journal», 1964 v. 72, № 8.
2. «Light Metals and Metal Industry», 1965 v. 28.

Влияние азота на свойства стали

Азот является одним из наиболее распространенных элементов: его содержание в нижних слоях атмосферы составляет 78,11% а в земной коре – 0,04%. В нормальных условиях (Т=20 °С и P =1атм) азот представляет собой 2-х атомный газ. Атомный номер – 7, атомный вес – 14,008, плотность молекулярного азота – 1,649 × 10 -3 г/см 3 . Температура плавления – 209,9 °С, а температура кипения – 195,7 °С.

Исследования взаимодействия азота со сталью проводились в течении всего 20 века. Они были начаты Н.П.Чижевским и И.И.Жуковым [7]. Однако только после 40-х годов стали рассматривать возможность использования азота как легирующего элемента. Вопросам влияния азота на свойства сталей, его растворимости и поведения в металле уделялось много внимания, как в нашей стране, так и за рубежом [2…4, 8, 9]. В настоящее время в промышленности используется более 200марок сталей, легированных азотом.

Стали, легированные азотом, принято подразделять на две категории:

-стали с содержанием азота ниже равновесного;

-стали с содержанием азота выше равновесного ("сверхравновесные").

Первые получают в условиях выплавки и кристаллизации при атмосферном давлении азота. Вторые - при повышенном давлении азота, позволяющем сохранить большее его содержание в металле, чем при открытой выплавке.

В последние годы в качестве перспективных сталей с различным уровнем легирования азота для разнообразных сфер применения были отмечены [ 10 ] :

- дисперсионно-твердеющие стали, легированные ванадием, ниобием и титаном;

- высокопрочные коррозионно-стойкие, аустенитные стали;

- стали со структурой азотистого феррита и мартенсита.

Легирование азотом дисперсионно-твердеющих сталей приводит к образованию мелкодисперсных нитридов по границам зерен, препятствующих их росту, позволяет повысить предел текучести и ударную вязкость металла [ 8 ] .

Легирование азотом нержавеющих сталей, позволяет уменьшить в них содержание никеля и марганца в полтора – два раза, а в некоторых случаях вообще исключить эти элементы. Нержавеющие стали, легированные азотом, превосходят по прочности, вязкости и коррозионной стойкости традиционные нержавеющие стали.

Легированные азотом безникелевые стали, применяемые в медицине для изготовления хирургического инструмента и имплантатов 12 обладают повышенной прочностью, износостойкостью и не вызывают негативных явлений и аллергических реакций в человеческом организме.

Нержавеющие мартенситные и ферритные стали, легированные азотом, при соответствующей термической и термопластической обработке обладают повышенной прочностью, коррозионной стойкостью и улучшенной технологической пластичностью при высоких и низких температурах.

Подробное аналитическое обобщение данных о структуре и свойствах нержавеющих сталей, легированных азотом; растворимости азота в них; термодинамике этих растворов, в том числе, в зависимости от концентрации примесей и легирующих элементов; от температур и давлений реакций, протекающих в жидком металле; параметров диффузии и других факторов, связанных с особенностями выплавки, по состоянию на 60-е годы было сделано М.В. Приданцевым, Н.П. Таловым и Ф.Л. Левиным [13].

На основе анализа многочисленных публикаций 14 было показано, что азот:

- образует твердые растворы внедрения в аустените и феррите;

- увеличивает количество аустенита и стабилизирует аустенит по отношению к γ → α и γ→ε превращениям при охлаждении и пластической деформации;

- изменяет предельную растворимость легирующих элементов в γ и α - твердых растворах и влияет на распределение хрома, никеля и других легирующих элементов между аустенитом и ферритом;

- изменяет кинетику образования карбидных и других избыточных фаз при термической обработке;

- снижает энергию дефектов упаковки и, в связи с этим увеличивает деформационную способность аустенита.

Введение азота в сплавы позволяет:

- уменьшить в сплавах содержание никеля, марганца и других аустенитообразующих элементов при сохранении заданной аустенитной или иной структуры и, соответственно, уровня ферромагнитности сплава;

- увеличить содержание в сплавах элементов ферритообразователей, положительно влияющих на механические и коррозионные характеристики сплавов;

- улучшить характеристики технологической пластичности в результате расширения интервала существования аустенита в высокотемпературной области;

- повысить термическую стабильность аустенита и снизить вероятность его распада при нагреве с образованием нитридов и других фаз;

- увеличить коррозионную стойкость (сопротивление питтинговой и ножевой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением, интеркристаллитной коррозии);

- повысить прочность сплавов путем использования деформационного упрочнения при наклепе [ 1 ] .

Растворимость азота в железе подчиняется закону Сивертса (закону квадратного корня):

где [ N ] – растворимость азота в железе при данном парциальном давлении PN 2 ;

KN константа реакции, численное значение которой зависит от температуры и способов выражения концентрации.

Выполняемость закона Сивертса указывает на идеальность образующегося раствора [18].

Авторам работы [19] для определения растворимости азота в жидком железе до температуры 2650°С предлагается уравнение:

lg [ N ] = (-850/ T ) – 0,905 +0,5 lg PN 2 (1.2)

Из которого следует, что при Т = 1873 °К и PN 2 = 1 атм [ N ] = 0,044%.

растворимость азота в железе

На рис.1.1 представлена температурная зависимость растворимости азота в жидком железе. Диаграмма состояния системы железо-азот приведена на рис. 1.2 .

Рис. 1. 1. Температурная зависимость растворимости азота в жидком железе


Рис.1.2. Диаграмма состояния Fe - N [26]

Концентрация азота, находящегося в равновесии с газообразным азотом растет с увеличением температуры. В точке перехода α→γ (906 °С) скачкообразно изменяется, при дальнейшем росте температуры до перехода γ→ δ (1402 °С) она уменьшается.

Азот может образовывать с железом два соединения Fe 4 N (9,9% N ) и Fe 2 N (11,5% N ). Fe 2 N начинает разлагается при температуре ~ 550 °С. При дальнейшем повышении температуры начинает диссоциировать и Fe 4 N .

Энтальпия растворения азота в жидком железе Δ HN представляет собой разность двух противоположных по знаку величин: энтальпии диссоциации молекулярного азота на атомы (Δ H дис) и энтальпии растворения атомарного азота в жидком железе (Δ HP ). Первый процесс является эндотермическим, а второй – экзотермическим. Так как Δ H дис > Δ HP , то процесс, описанный уравнением (1), протекает с поглощением тепла. Если данные по растворимости азота показывают хорошую согласованность у различных исследователей, то данные по энтальпии имеют значительный разброс.

Результаты статистической обработки большого массива экспериментальных данных позволили авторам работы [27] описать растворимость азота в жидком железе двумя уравнениями:

при Т > 1973 K : lg [ N ] = -1100/ T – 0,79 (1.4)

Таким образом, энтальпия растворения азота в жидком железе до 1973 ° K – 10700 Дж/моль, а выше 1973 ° K – 21000 Дж/моль.

А.М. Самарин, первым обративший на это внимание, связывал изменение Δ H при изменении температуры со структурными превращениями. Известно, что при растворении кислорода оксидная фаза проявляется при очень низком парциальном давлении кислорода в газовой фазе ( PO 2= 10 -8 атм). В отличие от этого, при растворении азота даже при PN 2 > 1атм самостоятельная нитридная фаза не образуется. Образование нитридов типа Fe 2 N и Fe 4 N наблюдали лишь в твердом металле в температурном интервале существования аустенита.

Влияние парциального давления над расплавом железа на его растворимость в зависимости от времени выдержки при T = 1560 ° C представлено на рис. 1.3.

Данные по кинетике азотирования свидетельствуют о том, что для выхода на стационарную концентрацию в чистом железе требуется около 40 мин., причем время практически не зависит от давления азота над расплавом.


Рис. 1.3. Изменение растворимости азота в железе в зависимости от его давления и времени выдержки при температуре 1560 °С [28].


Рис.1.4. Зависимость растворимости азота в жидком железе при температуре 1560 °С от парциального давления азота над расплавом

Присутствие примесей влияет на скорость растворения азота в металле. Так, при увеличении концентрации кислорода в металле от 0,067 до 0,144% время достижения равновесной концентрации увеличивается с 1,5 до 3,0 часов. Отмечено и аналогичное влияние серы: при ее концентрациях 0,49 и 0,87% и давлении азота 0,1МПа время достижения равновесной концентрации возрастает до 3,0 и 6,0 часов соответственно.

В работе [14] представлены данные, характеризующие изменение растворимости азота в жидком железе при температуре 1560 °С в зависимости от давления (до 4 атм.).

Список использованой литературы

Читайте также: