Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Взаимодействие карбид циркония-углерод

05.01.2020

Диаграмма состояния системы С—ZrC имеет эвтектический характер. Температура плавления эвтектики равна 2950±50°С при содержании углерода около 75% (ат.). В работе представлены уточненные данные, характеризующие эвтектическую точку; по этим данным температура плавления эвтектики и составляет 2850±50°С при содержании углерода около 65% (ат.), т е эвтектический сплав соответствует составу условной фазы ZrC1,86.

Компактный, а также порошкообразный карбид циркония стехиометрического состава не взаимодействует с графитом при температурах до 2200°С и выдержках до 10 ч. Данных о контактном взаимодействии при более высоких температурах нет, но, по-видимому, в контакте с углеграфитовыми материалами карбид циркония может сохранить работоспособность вплоть до 2800°С.

Расплавленный цирконий в контакте с графитом при выдержках менее 1 мин науглероживается значительно медленнее, чем титан; скорость науглероживания циркония в зависимости от температуры (1900—2150°С) изменяется от 1,0 до 1,5% С/мин, тогда как для титана при 1800—1920°С она находится в пределах 1,5—5,0% С/мин. При выдержках 5—6 мин скорости науглероживания становятся одинаковыми, так как в данном случае процесс лимитируется диффузией углерода через образовавшийся карбидный слой. Цирконий отличается от титана также значительно более слабой температурной зависимостью скорости науглероживания — перегрев жидкого циркония на 250°С повышает содержание углерода в его объеме на 0,15%, тогда как для титана такой перегрев приводит к увеличению содержания углерода на 4%.

Толщина слоя карбида циркония, образующегося на поверхности графита при контактном взаимодействии с перегретым до 2150°С расплавленным цирконием, не зависит от времени при выдержках от 5 до 20 мин и составляет 7—10 мкм. Состав карбида циркония в зоне контакта с расплавом соответствует формуле ZrC0,5.

Кинетика образования слоя карбида циркония на графите в среде расплавленного циркония рассмотрена в работах.

Эксперименты проводили при погружении графитовых пластин размером 10х15х100 мм в расплавленный цирконий при 1860—2300°С и выдержке от 20 мин до 8 ч.

Исследования показали, что карбидный слой растет в результате диффузии углерода через кристаллическую решетку образовавшейся фазы карбида циркония в металл с последующей реакцией на границе диффузионный слой — цирконий.

На рис. 29 представлена кинетическая зависимость изменения толщины карбидного слоя, образующегося на графите при 1950°С.

Микротвердость карбидного слоя переменного состава максимальна в области, непосредственно прилегающей к поверхности графита (рис. 30) и изменяется по глубине слоя от 3000 до 1200 кг/мм2, что согласуется со значением микротвердости, полученным для карбида циркония в работе.

Расчет параметров диффузии углерода через карбидный слой, образующийся при взаимодействии графита с жидкими переходными металлами, отличающийся тем, что в нем учитывается диффузия углерода в расплав, проведен в работе.

В этом случае рассматриваются две зоны диффузии: первая — зона диффузии через карбидный слой, вторая — зона диффузии углерода в жидкий металл.

Связь между коэффициентом диффузии в первой и второй зонах (DI и DII), а также толщиной карбидного слоя выражается уравнениями:

где G — количество углерода, перешедшего в металл;

с0 — количество углерода, необходимое для превращения 1 см3 металла в карбид;

т — время;

e — толщина карбидного слоя;

c1 и c2 — концентрации углерода в карбидном слое на поверхности образца со стороны графита и на границе с металлом соответственно. Температурная зависимость коэффициента диффузии углерода в цирконий, определенная по приведенным уравнениям, показана на рис. 31. Однако принятое при расчете значение коэффициента диффузии углерода в жидком цирконии DII = 5*10в-3 см2/с представляется несколько завышенным.

В то же время представленное в работе уравнение диффузии углерода в слое карбида циркония при отсутствии жидкой фазы D = 3,44*10в-2 ехр также существенно отличается от приведенной в другой работе. Таким образом, результаты, представленные на рис. 31, требуют уточнения.

При электродуговой наплавке циркония на графит на контактной поверхности образуется слой карбида циркония толщиной 3—5 мкм. Карбидный слой препятствует науглероживанию основной массы наплавляемого металла. Благодаря проникновению металла в поры графита на глубину до 2,5 мм достигается его прочное сцепление с графитовой основой

Путем оплавления при 1950°С на поверхности графита порошка циркония и последующего диффузионного отжига оплавленного слоя при 1800°С в течение 2 ч можно получить покрытие из карбида циркония, близкого к стехиометрическому составу.

При изучении кинетики образования карбида циркония в порах графита установлено, что в процессе заполнения пор расплавленным цирконием на контактной поверхности графит — металл образуется карбидный слой, который растет по мере выдержки.

Для расчета времени полной карбидизации металла в порах предложено уравнение

где R — радиус поры;

с0 — количество углерода, необходимое для превращения 1 см3 металла в соответствующий карбид;

с1 и с2 — концентрация углерода в карбидном слое на границах с графитом и металлом соответственно.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: