Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 4 2018 38 ТЕХНОЛОГИЯ Следует отметить, что в покрытии электро- дов OK 61.30 содержится не менее 17 % хрома, 4,6…4,8 % марганца и порядка 41,1 % железа [3]. В проволоке электродов содержится прибли- зительно 19,6 % хрома, не более 10,0 % никеля и не более 0,06 % кремния. Чтобы оценить полноту протекания реакции легирующих элементов во время сварки выпол- нили термодинамические расчеты одновремен- ного перехода легирующих элементов. В каче- стве примера приведем расчеты для хрома: 2 3 2[Cr] 3[O] (Cr O ).   (1) Константа равновесия для этой реакции определяется по формуле Cr O2 3 1 2 3 Cr O , a K a a  (2) где а i – активность i -го элемента (индекс кон- станты соответствует номеру записанного урав- нения реакции). Рассмотрим взаимодействие образовавшихся оксидов с вводимыми в сталь компонентами, на- пример: 2 3 2 3 (Cr O ) 2[Al] 2[Cr] (Al O ),    (3) для которой константу равновесия можно рас- считать как 2 3 2 3 2 Cr Al O 3 2 Cr O Al a a K a a  . (4) Учтем взаимодействие вводимых в наплав- ленный металл компонентов с основой сталь– железо: 2 3 3(FeO) 2[Cr] 3[Fe] (Cr O );    (5) 2 3 3 Fe Cr O Fe 3 2 FeO Cr . a a K a a  (6) Результирующее уравнение записано как 4Cr 2 O 3 + 2NiO + 12FeO + 3Si + 7Mn + 10Al + + Ti = 3SiO 2 + 7MnO + 5Al 2 O 3 + TiO 2 + 8Cr + + 2Ni + 12Fe, (7) а величина константы равновесия может быть рассчитана по уравнению 2 2 3 2 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2 2 3 3 3 2 2 NiO SiO MnO Al O SiO MnO Al O MnO Cr O NiO Al O 2 2 2 3 Cr O Cr O Cr O NiO NiO NiO SiO SiO FeO FeO Cr O a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a  2 2 3 2 3 SiO 2 2 2 2 3 7 5 3 MnO TiO SiO MnO Al O TiO Al O 2 3 2 4 2 12 FeO FeO FeO FeO NiO FeO Cr O . a a a a a a a a a a a a a a a   (8) С учетом того, что оксиды «чужих» элемен- тов не растворяются в железе (они образуют собственную фазу в виде включений), примем активность оксидов, введенных в наплавленный металл, равную 1. Кислород в железе растворя- ется незначительно. С учетом известной зависимости рассчитаем константу 0 0 10 , 2, 3 i i G K RT   (9) где R – универсальная газовая постоянная. В уравнении (9) значения изменения стан- дартной энергии Гиббса 0 i G  взяли из справоч- ника [8]. Константы равновесия записанных выше реакций при температурах 2000 и 2500 К явля- ются наиболее вероятными крайними точками температур сварочной ванны и капель электро- дного металла при электродуговой сварке стали покрытыми электродами [20]. Результаты расчетов сведены в табл. 4. По значениям K i можем определить соотношение конечных и исходных веществ и оценить полно- ту протекания реакции. Расчет тепловых полей позволяет оценить распределение температур по длине шва ( х ) и перпендикулярно шву ( у ). В соответствии со схемой (см. рис. 1) рассчитали эффективную тепловую мощность в разных точках верхней поверхности пластины. Построение кривых тер- мических циклов осуществляли по двум вариан- там: 1) по оси абсцисс откладывали значения у , по оси ординат – значения температур при х = const (рис. 3 и 5); 2) по оси абсцисс откладывали значения х , по оси ординат – значения температур, при y = const (рис. 2 и 4); Для каждой начальной температуры строили свои кривые термических циклов. Для началь- ной температуры 298 К значения температур в различных точках на поверхности пластины