IMG
30

-    pozostać w roztworze w stanie przesyconym i spowodować utwardzenie,

-    pozostać w roztworze i stabilizować występujące fazy,

-    wydzielać się z cieczy w czasie krzepnięcia, powodując porowatość lub tworzenie się

kruchych związków chemicznych.

Azot i wodór są pierwiastkami silnie utwardzającymi roztwory stałe większości metali. Efektywność azotu jako dodatku utwardzającego można porównać do efektywności węgla w żelazie. Jest to wykorzystywane do otrzymywania stali kwasoodpomych typu 18-9 o bardzo niskiej zawartości węgla, odpornych na korozję międzykrystaliczną. Straty utwardzenia spowodowane obniżeniem zawartości węgla rekompensuje się dodatkiem azotu.

Dodatek 0,02h-0,05% tlenu może być wykorzystywany jako składnik utwardzający miedź. Rozpuszczenie niektórych gazów w roztworze stałym prowadzi do stabilizowania pewnych odmian alotropowych lub faz metali i stopów. Rozpuszczony wodór stabilizuje austenit w stali kwasoodpomej typu 18-9. Rozpuszczony zaś tlen stabilizuje fazę alfa w stopach tytanu, dając bardzo twardą i zarazem kruchą warstwę powierzchniową (tzw. efekt alfa), co powoduje problemy podczas obróbki skrawaniem i przyczynia się do zmęczenia materiału.

4.2.2. Reakcje

Prawdopodobieństwo reakcji między gazem i metalem oraz między gazami można ocenić na podstawie energii tworzenia tlenków. Na rysunku 4.20 pokazano, jak zmienia się ze zmianą temperatury energia swobodna tworzenia szeregu tlenków na mol tlenu. Dwie krzywe, które przedstawiają energię swobodną tworzenia CO przez utlenianie węgla oraz energię swobodną tworzenia pary wodnej, ukazują przybliżony podział na tlenki, które można łatwo zredukować, i na tlenki, których nie można łatwo redukować. Rozważmy na przykład reakcje

4Cu + 0,= 2Cu₂0 : AG,    (4.5)

2H₂ + 0₂ = 2H₂0 : AG₂    (4.6)

gdzie: AG, i AG, - zmiany energii swobodnej dla obu reakcji.

Odwracając reakcję 4.5 i dodając stronami, otrzymuje się:

2Cu,0 + 2H, = 4Cu + 2H,0 : AG, - AG,    (4.7)

W temperaturze topnienia miedzi (1083°C) AG, =-163 kJ, AG, = -339 kJ i AG₂- AG, = = -176 kJ, zatem reakcja (4.7) postępuje w prawo, w ten sposób tlenek miedzi redukowany jest przez wodór w 1083°C z utworzeniem się pary wodnej. Prawdopodobieństwo wystąpienia porowatości istnieje podczas spawania metali, których tlenki redukują się przez wodór lub węgiel w punkcie topnienia tlenków lub nieco powyżej. Do takich metali należą te, których krzywa tworzenia tlenków położona jest w górnej części rysunku 4.20, a zwłaszcza żelazo, nikiel i miedź. Ołów stanowi wyjątek od tej zasady, być może z powodu małej rozpuszczalności węgla i wodoru jako pierwiastków redukujących.

Podczas spawania metali łatwo redukujących się można zapobiegać porowatości przez wprowadzenie odtleniaczy do spoiwa. Odtleniaczami są pierwiastki, których tlenki mają krzywe energii swobodnej przedstawione w dolnej części rysunku 4.20 (na przykład poniżej

140