Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Некоторые термодинамические аспекты восстановления Cr2O3 углеродом

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956

Полный текст:

Аннотация

С целью ресурсосбережения хрома представляет большой практический интерес технология дуговой наплавки порошковой проволокой, в которой в качестве наполнителей используются оксид хрома Cr2O3 и восстановитель – углерод. Проведена термодинамическая оценка вероятности протекания 16 реакций между ними в стандартных условиях и для некоторых реакций в условиях, отличных от стандартных, по табличным термодинамическим данным реагентов в интервале температур 1500 – 3500 К. В качестве стандартных состояний для реагентов рассматривали: Cr(ref) (опорное состояние, температура плавления 2130 К, температура кипения 2952 К), Cr(ж), Cr(г), Cr2O3 (кр, ж), Cr2O3 (ж), С(ref), а в качестве возможных продуктов реакции и стандартных состояний для них CO(г), CO2 (г), Cr 23C6 (кр), Cr7C3 (кр), Cr3C2 (кр). Вероятность протекания реакций оценивали по стандартной энергии Гиббса реакций и по энергии Гиббса реакций, рассчитываемой по уравнению изотермы Вант-Гоффа. Учитывалось растворение хрома в металле наплавочной ванны или вероятные парциальные давления CO и CO2 в газовой фазе, вычисляемые из равновесия реакции газификации углерода. Присутствие в порошковой проволоке для наплавки наряду с оксидом хрома Cr2O3 углерода в качестве восстановителя обязательно приведет к протеканию восстановительных реакций с образованием карбидов хрома, а возможно, и самого хрома. Наиболее вероятно образование карбида состава Cr7C3 (кр). При большем времени нахождения оксида хрома и углерода при температуре выше 2500 К более термодинамически вероятным является процесс образования хрома как компонента наплавочной ванны, а не его карбидов. Оксид хрома имеет наивысшую реакционную способность в состоянии Cr2O3 (ж). Наиболее вероятным является прямое восстановление. В качестве продукта окисления углерода наиболее вероятно образование CO(г). Растворение хрома в металле увеличивает термодинамическую вероятность протекания реакций с его образованием и еще больше понижает вероятность протекания реакций, в которых хром – исходное вещество.

Об авторах

Р. Е. Крюков
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

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



В. Ф. Горюшкин
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

д.х.н., профессор кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

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



Ю. В. Бендре
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.х.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

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



Л. П. Бащенко
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.т.н., доцент кафедры теплоэнергетики и экологии

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



Н. А. Козырев
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства

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



Список литературы

1. Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Шурупов В.М., Козырева О.Е. Термодинамика реакций восстановления WO3 углеродом // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2016. № 2. С. 15 – 17.

2. Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Шурупов В.М. Некоторые термодинамические аспекты восстановления вольфрама из оксида WO кремнием // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 3 481 – 485.

3. Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Бащенко Л.П. Термодинамическая оценка процессов восстановления WO 3 углеродом и кремнием // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 3. С. 211 – 216.

4. Крюков Р.Е., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Козырев Н.А., Шурупов В.М. Некоторые термодинамические аспекты восстановления WO алюминием // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 2.3 С. 128 – 133.

5. Choi J.H., Lee J., Yoo C.D. Dynamic force balance model for metal transfer analysis in arc welding // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34. P. 2658 – 2664.

6. Lu F., Wang H.P., Murphy A.B., Carlson B.E. Analysis of energy flow in gas metal arc welding processes through self-consistent three-dimensional process simulation // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 68. P. 215 – 223.

7. Tashiro S., Zeniya T., Murphy A.B., Tanaka M. Visualization of fume formation process in arc welding with numerical simulation // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 228. P. 301 – 305.

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

9. NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0 [Электронный ресурс]: data compiled and evaluated by M.W. Chase, C.A. Davies, J.R. Dawney, D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, A.N. Syvernd. – Режим доступа: http://kinetics.nist.gov/janaf (Дата обращения 15.06.2019).

10. Hansen M., Anderko K. Constitution of binary alloys. 2 nd ed. – New York: McGraw Hill Companies Inc., 1958. – 1287 p.

11. Schastlivtsev V.M., Filippov M.A. Role of the Bogachev mints concept of metastability of austenite in choosing wear-resistant materials // Metal Science and Heat Treatment. 2005. Vol. 47. No. 1-2. P. 3 – 5.

12. Коробов Ю.С., Филиппов М.А., Макаров А.В., Верхорубов В.С., Невежин С.В., Кашфуллин А.М. Стойкость наплавленных слоев и напыленных покрытий со структурой метастабильного аустенита против абразивного и адгезионного изнашивания // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 2. С. 224 – 230.

13. Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc welding and surfacing of cast iron // Welding International. 2008. Vol. 22. No. 11. P. 796 – 800.

14. Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear-resistant deposits by MAG welding with a flux-cored wire having graphite in its filling // Welding International. 2005. Vol. 20. No. 6. P. 961 – 976.

15. Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear resistant WC – Co composite hard coatings // Surface Engineering. 1997. Vol. 13. No. 3. P. 247 – 250.

16. Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hardened high strength boron steel // Tribology Materials, Surfaces and Interfaces. 2014. Vol. 8. No. 2. P. 90 – 97.

17. Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Structure and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium-carbon austenite // Welding International. 2015. Vol. 29. P. 819 – 822.

18. Li R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y., Li. R. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coatings // Surface Engineering. 2014. Vol. 30. P. 784 – 790.

19. Zhuk Yu. Super-Hard Wear-Resistant Coating Systems // Materials Technology. 1999. Vol. 14. P. 126 – 129.

20. Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear resistance of iron base hardfacing alloy // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30. P. 316 – 322.

21. Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance // Surface Engineering. 2016. Vol. 46. P. 1 – 7.


Для цитирования:


Крюков Р.Е., Горюшкин В.Ф., Бендре Ю.В., Бащенко Л.П., Козырев Н.А. Некоторые термодинамические аспекты восстановления Cr2O3 углеродом. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2019;62(12):950-956. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956

For citation:


Kryukov R.E., Goryushkin V.F., Bendre Y.V., Bashchenko L.P., Kozyrev N.A. Thermodynamic aspects of Cr2O3 reduction by carbon. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(12):950-956. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956

Просмотров: 20


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


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