Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 УГЛЕРОДОМ И КРЕМНИЕМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-3-211-216

Полный текст:

Аннотация

Для практического применения с целью ресурсосбережения представляет интерес технология дуговой наплавки порошковой проволокой, в которой в качестве наполнителей используются оксид вольфрама WO3 и вещества, содержащие восстановители (углерод и  кремний). Проведена термодинамическая оценка вероятности протекания 21 реакции в стандартных условиях по табличным термодинамическим данным реагентов в интервале температур 1500 – 3500 К. Этот интервал включает в себя температуры на периферии дуги и  в  верхних слоях наплавочной ванны. В числе реакций – реакции прямого восстановления оксида вольфрама WO3 углеродом и кремнием, косвенного восстановления оксида вольфрама WO3 углеродом, реакции соединения вольфрама с углеродом и кремнием с образованием карбидов и силицидов вольфрама. В качестве возможных продуктов реакций рассматривали W, WC, W2 C, WSi2 , W5 Si3 , CO, CO2 , SiO, SiO2 . Реакции восстановления оксида записывали на 1 моль O2 , а реакции соединения вольфрама с углеродом и кремнием – на 2/3  моль вольфрама W. Вероятность протекания реакций оценивали по стандартной энергии Гиббса реакций. В качестве стандартных для веществ- реагентов в интервале 1500 – 3500 К были выбраны состояния:W(тв), WO3 (тв,  ж) с фазовым переходом при 1745 К; WC(тв), W2 C(тв), C(тв), CO(г), CO2 (г), WSi2 (тв,  ж) с фазовым переходом при 2433 К; W5 Si3 (тв,  ж) с фазовым переходом при 2623 К; Si(тв,  ж) с фазовым переходом при 1690  К; SiO(г), SiO2 (тв,  ж) с фазовым переходом при 1996 К. С целью оценки степени влияния на термодинамические свойства реакций возможного испарения в дуге оксида вольфрама WO3 (Tкип  =  1943  К) рассчитывали термодинамические характеристики двух реакций, в которых в качестве стандартного состояния в том же интервале температуры выбрано состояние WO3 (г). Термодинамический анализ восстановления оксида вольфрама WO3 показывает, что температура расплава, наряду с составом порошковой проволоки, способны повлиять на состав и служебные свойства наплавленного слоя. В рассматриваемой системе при высоких температурах расплава (более 2500  К) вероятно образование вольфрама, силицидов вольфрама и карбидов. Протекание реакций существенно изменяет состав газовой фазы, но не шлаковую фазу наплавочной ванны. При температурах менее 1500 К наиболее вероятно образование силицидов вольфрама и вольфрама за счет восстановления WO3 кремнием, при этом шлаковая фаза становится более кислой за счет образующегося оксида кремния SiO2 . Однако эта область температур находится ниже температуры плавления оксида вольфрама WO3 (1745  К). В интервале температур 1500  –  2500  К протекает целый ряд конкурирующих реакций восстановления, в результате которых в металлическом расплаве образуются как вольфрам, так и его силициды и карбиды. Реакции соединения вольфрама с кремнием и углеродом с образованием силицидов и карбидов менее вероятны, чем реакции восстановления. Испарение оксида вольфрама WO3 в дуге увеличивает термодинамическую вероятность протекания реакций восстановления, но в большей степени при низкой температуре.

Об авторах

Ю. В. Бендре
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.х.н., доцент

кафедра естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42



В. Ф. Горюшкин
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

д.х.н., профессор

кафедра естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Р. Е. Крюков
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.т.н., доцент

кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Н. А. Козырев
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой

кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Л. П. Бащенко
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.т.н., старший преподаватель

кафедра теплоэнергетики и экологии 

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Список литературы

1. Klimpel A., Lisiecki A., Janicki D. The study of properties of Ni – WC wires surfaced deposits // J. Mater Process Technol. 2005. No. 164 – 165. P. 299 – 302.

2. Patricio F. Mendez, Nairn Barnes, Kurtis Bell etc.Welding processes for wear resistant overlays // J. of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16. No. 1. P. 4 – 25.

3. Zahmatkesh B., Enayati M.H. A novel approach for development of surface nanocomposite by friction stir processing // Mater Sci Eng: A. 2010. Vol. 527. No. 24 – 25. P. 6734 – 6740.

4. Morisada Y., Fujii H., Mizuno T. etc. Modification of thermally sprayed cemented carbide layer by friction stir processing // Surf Coat Technol. 2010. Vol. 204. No. 15. P. 2459 – 2464.

5. Badisch E., Kirchgabner M. Influence of welding parameters on microstructure and wear behaviour of a typical NiCrBSi hardfacing alloy reinforced with tungsten carbide // Surf Coat Technol. 2008. Vol. 202. No. 24. P. 6016 – 6022.

6. Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase deposits against abrasion // Weld Int. 2009. Vol. 23. P. 706 – 716.

7. Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits // J. Mater Process Technol. 2005. No. 164 – 165. P. 1056 – 1061.

8. Kirchgabner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hard-facing alloys under abrasion and impact // Wear. 2008. No. 265. P. 772 – 779.

9. Chang C.-M., Chen Y.-C., Wu W. Microstructural and abrasive characteristics of high carbon Fe–Cr–C hardfacing alloy // Tribol Int. 2010. Vol. 43. No. 5 – 6. P. 929 – 934.

10. Buchanan V.E. Solidification and microstructural characterization of iron–chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying // Surf Coat Technol. 2009. No. 203. P. 3638 – 3646.

11. Buchanan V.E., Shipway P.H., Mc Cartney D.G. Microstructure and abrasive wear behaviour of shielded metal arc welding hardfacings used in the sugarcane industry // Wear. 2007. No. 263. P. 99 – 110.

12. Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on microstructure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hardfacing alloys // Weld J. 2010. No. 89. P. 133 – 139.

13. Azimi G., Shamanian M. Effects of silicon content on the microstructure and corrosion behavior of Fe–Cr–C hardfacing alloys // J. Alloys Compd. 2010. Vol. 505. No. 2. P. 598 – 603.

14. Mendez P. Modern technologies for the deposition of wear-resistant overlays. – In book: Weld overlay for wear protection. – Edmonton: Canadian Welding Association, 2013.

15. Gusev A.I., Kibko N.V., Kozyrev N.A. etc. A study on the properties of the deposited metal by flux cored wires 40GMFR and 40H3G2MF // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. No. 1. P. 012033 1-9.

16. Kozyrev N А, Galevsky G V, Kryukov R Е etc. New materials for welding and surfacing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. No. 1. P. 012031 1-8.

17. Kozyrev N.A., Galevskiy G.V., Titov D.A. etc. On quality of a weld bead using power wire 35V9H3SF (All-Russia Scientific and Practical Conference on Materials Treatment: Current Problems and Solutions. 26–28 November 2015, Yurga, Russia) // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 125. P. 192 – 199.

18. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с.

19. Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. – М.: Металлургия, 1979. – 80 с.

20. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. – М.: Металлургия, 1974. – 768 с.

21. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочник. Т. 1. Кн. 1 / Под ред. В.П. Глушко, Л.В. Гурвича и др. – М.: Наука, 1978. С. 22.

22. NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0. Data compiled and evaluated by M.W. Chase, Jr., C.A. Davies, J.R. Dawney, Jr., D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, and A.N. Syvernd. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kinetics.nist.gov/ janaf (дата доступа 19 апреля 2017 г.).

23. Barin I., Knacke O., Kubaschewski O. Thermochemical Properties of Inorganic Substances – Supplement. – Berlin-Heidelberg-New York; Verlag Stahleisen, Düsseldorf: Springer-Verlag, 1977. – 861 p.

24. Рузинов Л.П., Гуляницкий Б.С. Равновесные превращения металлургических реакций. – М.: Металлургия, 1975. – 416 с.

25. Термические константы веществ: Справочник. Вып. 7 / Под ред. В.П. Глушко, В.А. Медведева и др. – М.: Наука, 1978. – 343 с.

26. Hansen M., Anderko K. Constitution of binary alloys. 2nd ed. – McGraw Hill, New York, 1958. – 1287 p. 27. Massalski T.B. Binary alloy phase diagrams // American Society for Metals. Metals Park. Vol. 1, 2. – Ohio, 1986 – 1987. – 2224 p.

27. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. В 3-х т. Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992 с.

28. Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф. и др. Термодинамика реакций восстановления WO3 углеродом // Вестник СибГИУ. 2016. № 2 (16). С. 15 – 18.


Для цитирования:


Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Бащенко Л.П. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 УГЛЕРОДОМ И КРЕМНИЕМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(3):211-216. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-3-211-216

For citation:


Bendre Y.V., Goryushkin V.F., Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Bashchenko L.P. THERMODYNAMIC ASSESSMENT OF WO3 REDUCTION BY CARBON AND SILICON. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(3):211-216. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-3-211-216

Просмотров: 204


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)