Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne

Mariusz Holtzer

Uzyskaj dostęp

Zakup książkę

ISBN/ISSN:

978-83-01-17362-3

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2013

Liczba stron:

574

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Bibliografia:

Holtzer, Mariusz. Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne. Red. . Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013, 574 s. ISBN 978-83-01-17362-3

Bibliografia refWorks:

RT Book, Whole

SR Electronic(1)

A1 Holtzer, M.

T1 Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne

PB Wydawnictwo Naukowe PWN

PP Warszawa

YR 2013

SN 978-83-01-17362-3

Bibliografia BibTex:

@Book{ 116286, author = "Holtzer, Mariusz", editor = "", title = "Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne", publisher = "Wydawnictwo Naukowe PWN", year = "2013", address = "Warszawa", isbn = "978-83-01-17362-3" }

Bibliografia endNote:

TY - BOOK

AU - Holtzer, Mariusz

ED -

TI - Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne

PB - Wydawnictwo Naukowe PWN

CY - Warszawa

PY - 2013

SN - 978-83-01-17362-3

ER -

Netografia (standard APA):

Holtzer, Mariusz. Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne [baza danych online] Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013 [dostęp: 04 05 2024]. Dostęp w Ibuk Libra: https://libra.ibuk.pl/reader/procesy-metalurgiczne-i-odlewnicze-stopow-zelaza-podstawy-mariusz-holtzer-116286.

termodynamika, stopy żelaza, metalurgia, odlewnictwo, surówka, proces metalurgiczny

Książka stanowi pierwsze w kraju tak szerokie kompendium wiedzy przedstawiające zagadnienia z zakresu procesów odlewniczych i stalowniczych. Obejmuje zarówno stopy żelaza stosowane w metalurgii (surówka, stal), jak i stopy żelaza wykorzystywane w...

Więcej

ISBN/ISSN:

978-83-01-17362-3

DOI:

Wydawnictwo:

Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania:

2013

Liczba stron:

574

XML:ISBN/ISSN:

ONIX MARC21

Przedmowa16
Ważniejsze symbole stosowane w książce20
1. Funkcje termodynamiczne24
1.1. Pojęcia podstawowe z termodynamiki24
1.1.1. Układy termodynamiczne24
1.1.1.1. Układ, otoczenie24
1.1.1.2. Układ izolowany24
1.1.1.3. Układ zamknięty25
1.1.1.4. Układ otwarty25
1.1.1.5. Układ izolowany adiabatycznie25
1.1.1.6. Układ izolowany diatermicznie25
1.1.1.7. Pojecie fazy, układy homogeniczne i heterogeniczne25
1.1.2. Proces, droga procesu, rodzaje procesów26
1.1.3. Funkcja stanu27
1.1.3.1. Parametry (wielkości) ekstensywne i intensywne28
1.1.3.2. Parametry zależne i niezależne29
1.1.3.3. Warunki równowagi termodynamicznej układów oddzielonych od siebie przegrodą adiabatyczną lub nieadiabatyczną (diatermiczną)29
1.1.4. Procesy termodynamiczne30
1.1.4.1. Równowaga termodynamiczna30
1.1.4.2. Procesy termodynamicznie nieodwracalne32
1.1.5. Definicja i sens fizyczny niektórych funkcji stanu33
1.1.4.3. Procesy termodynamicznie odwracalne33
1.1.5.1. Energia wewnętrzna34
1.1.5.2. Entalpia. Efekt cieplny w procesach izochorycznych i izobarycznych36
1.1.5.3. Zmiana standardowej entalpii reakcji37
1.1.5.4. Prawo Hessa jako konsekwencja I zasady termodynamiki39
1.1.5.5. Obliczanie efektów cieplnych procesów fizykochemicznych w warunkach standardowych40
1.1.5.6. Zależność ciepła reakcji od temperatury (prawo Kirchhoffa)41
1.1.5.7. II zasada termodynamiki. Entropia45
1.1.5.8. III zasada termodynamiki (postulat Plancka)49
1.1.5.9. Energia Helmholtza51
1.1.5.10. Energia Gibbsa52
1.1.5.11. Standardowa molowa energia Gibbsa (Gᵒ₂₉₈)53
1.2. Najważniejsze związki matematyczne między funkcjami termodynamicznymi56
1.2.1. Zależność energii Gibbsa od temperatury58
1.2.2. Zależność przyrostów energii Gibbsa od temperatury59
1.2.3. Zależność energii Gibbsa gazu doskonałego od ciśnienia62
1.2.4. Zależność przyrostów energii Gibbsa od ciśnienia63
1.3. Wykresy Ellinghama i Richardsona64
1.3.1. Obliczanie energii Gibbsa procesów64
1.3.1.1. Wprowadzenie64
1.3.1.2. Wpływ ciśnienia oraz występowania reagentów A lub AB w roztworze na wartość energii Gibbsa reakcji typu69
1.3.1.3. Skale logarytmiczne na wykresach Ellinghama–Richardsona i ich zastosowanie72
1.3.2. Uwagi ogólne dotyczące wykresów Ellinghama–Richardsona77
1.3.3. Przykłady praktyczne obliczeń opartych na zastosowaniu wykresów Ellinghama–Richardsona82
Literatura do rozdziału 186
2. Roztwory i ich właściwości87
2.1. Właściwości ciekłych metali i stopów87
2.2. Sposoby wyrażania stężenia roztworów89
2.3. Molowe cząstkowe wartości funkcji termodynamicznych90
2.4. Równanie Gibbsa–Duhema93
2.5. Aktywność termodynamiczna i współczynniki aktywności94
2.5.1. Roztwory doskonałe (prawo Raoulta)94
2.5.2. Pojęcie lotności i aktywności96
2.5.3. Współczynnik aktywności98
2.5.4. Wybór stanu standardowego99
2.5.4.1. Wybór stanu standardowego dla substancji gazowych99
2.5.4.2. Wybór stanu standardowego dla substancji skondensowanych99
2.5.5. Odchylenia od prawa Raoulta – roztwory rzeczywiste100
2.5.6. Prawo Henry’ego104
2.5.7. Aktywności Raoulta a aktywności Henry’ego106
2.5.7.1. Aktywności Raoulta107
2.5.7.2. Aktywności Henry’ego107
2.5.8. Związki matematyczne pomiędzy standardowymi potencjałami chemicznymi składników roztworu przy różnym wyborze stanu standardowego112
2.5.9. Wpływ wyboru stanu standardowego na wartość zmiany energii Gibbsa w dowolnym procesie fizykochemicznym (reakcji chemicznej, tworzeniu się roztworu) – przykład113
2.5.10. Zależność współczynnika aktywności od temperatury i ciśnienia115
2.5.10.1. Zależność współczynnika aktywności od temperatury115
2.5.11. Metody wyznaczania aktywności danego składnika w stopach metalicznych i żużlach metalurgicznych117
2.5.10.2. Zależność współczynnika aktywności od ciśnienia117
2.5.11.1. Określanie aktywności składnika układu dwuskładnikowego w danym punkcie likwidusu diagramu fazowego (dotyczy układów dwuskładnikowych z eutektyką między dwoma stałymi roztworami granicznymi oraz z eutektyką między dwoma czystymi składnikami)117
2.5.11.2. Określanie aktywności z pomiaru siły elektromotorycznej ogniwa120
2.5.11.3. Określenie aktywności na podstawie prawa podziału Nernsta121
2.5.12. Przebieg krzywych zależności aktywności Raoulta od składu chemicznego roztworu122
2.5.13. Wpływ rozpuszczania dodatkowych substancji na aktywność danego składnika w roztworze. Równanie Wagnera–Chipmana124
2.5.13.1. Uwagi ogó1ne124
2.5.13.2. Równanie Wagnera–Chipmana125
2.5.14. Reguła faz Gibbsa128
2.5.15. Równanie Clausiusa–Clapeyrona130
2.6. Funkcje mieszania – zmiany funkcji termodynamicznych zachodzące w procesach tworzenia roztworu131
2.6.1. Zastosowanie funkcji mieszania w termodynamice roztworów doskonałych, regularnych i rzeczywistych134
2.6.1.1. Funkcje mieszania dla roztworów doskonałych134
2.6.1.2. Roztwory regularne i funkcje mieszania dla tego rodzaju roztworów136
2.7. Funkcje nadmiarowe139
2.8. Stała równowagi. Przewidywanie kierunku reakcji chemicznej samorzutnej w warunkach izotermicznych141
2.8.1. Prawdziwa stała równowagi141
2.8.2. Równanie izotermy van’t Hoffa142
2.8.3. Równanie izobary van’t Hoffa144
2.8.4. Uwagi praktyczne odnośnie do zapisu przybliżonych stałych równowagi reakcji metalurgicznych150
2.8.5. Przykłady pisania wyrażeń na stałą równowagi152
2.8.5.1. Reakcje homogeniczne152
2.8.5.2. Reakcje heterogeniczne154
2.8.6. Zależność od ciśnienia standardowego potencjału chemicznego μ^o_i i standardowej zmiany energii Gibbsa ΔG° oraz stałej równowagi wyrażonej za pomocą aktywności K_a157
2.9. Sposoby przewidywania wpływu zmian parametrów intensywnych na zmianę położenia stanu równowagi układu (reguła Le Chateliera)159
2.9.1. Termodynamiczne uzasadnienie reguły Le Chateliera160
2.9.2. Praktyczne zastosowanie prawa przesunięć równowagi161
2.9.2.1. Wpływ temperatury161
2.9.2.2. Wpływ ciśnienia162
2.9.2.3. Wpływ stężenia162
Literatura do rozdziału 2163
3. Żużle metalurgiczne165
3.1. Rola i właściwości żużli165
3.2. Teorie budowy ciekłych żużli166
3.2.1. Teoria cząsteczkowa166
3.2.2. Teoria jonowa167
3.2.3. Dowody przemawiające za słusznością teorii o jonowej strukturze ciekłych żużli168
3.2.4. Podział tlenków na zasadowe, kwasowe i amfoteryczne rozpatrywany w świetle teorii jonowej. Zasadowość żużli169
3.2.5. Zastosowanie krystalochemicznej charakterystyki kationu (wartości jego promienia i ładunku) do określenia charakteru odpowiadającego mu tlenku171
3.2.6. Struktura anionów krzemianowych występujących w ciekłych żużlach174
3.2.7. Obliczanie aktywności składników żużli krzemianowych (teorie Tiemkina i Flooda)177
3.2.7.1. Teoria Tiemkina177
3.2.7.2. Ułamki jonowe Flooda (tzw. ułamki równoważne elektrostatycznie)179
3.2.7.3. Interpretacja reakcji żużel–metal oparta na teorii jonowej żużli185
3.3. Podsumowanie teorii budowy żużli187
3.4. Właściwości fizyczne żużli187
3.4.1. Lepkość żużli188
3.4.2. Napięcie powierzchniowe żużli191
3.4.3. Dyfuzja w ciekłych żużlach192
3.4.4. Przewodność elektryczna i termiczna żużli194
3.4.4.1. Przewodność elektryczna194
3.4.4.2. Przewodność termiczna194
3.5. Diagramy fazowe podwójnych i potrójnych układów tlenkowych195
3.5.1. Diagramy fazowe podwójnych układów tlenkowych195
3.5.2. Diagramy fazowe potrójnych układów tlenkowych198
Literatura do rozdziału 3201
4. Kinetyka procesów203
4.1. Kinetyka procesów metalurgicznych i odlewniczych203
4.2. Podstawowe równania kinetyczne206
4.2.1. Wpływ stężenia. Pojęcie rzędu reakcji206
4.2.2. Kinetyka reakcji pierwszego rzędu207
4.2.3. Okres połowicznej przemiany (połówkowy czas reakcji)208
4.2.4. Kinetyka reakcji drugiego rzędu209
4.2.5. Reakcje odwracalne210
4.2.6. Reakcje równoległe211
4.2.7. Reakcje następcze212
4.3. Przenoszenie pędu, ciepła i masy213
4.3.1. Transport pędu (przepływ)214
4.3.1.1. Przepływ laminarny. Lepkość214
4.3.2. Przenoszenie ciepła218
4.3.2.1. Przewodzenie ciepła218
4.3.2.2. Konwekcyjny transport ciepła219
4.3.2.3. Transport ciepła na drodze promieniowania220
4.3.3. Transport masy221
4.3.3.1. Dyfuzja cząsteczkowa222
4.3.3.2. I prawo Ficka222
4.3.3.3. II prawo Ficka224
4.3.3.4. Mechanizmy dyfuzji230
4.3.4. Konwekcja masy233
4.4. Rodzaje kontroli szybkości reakcji heterogenicznej234
4.4.1. Kinetyczna i dyfuzyjna kontrola szybkości reakcji234
4.4.2. Kryteria matematyczne rodzaju kontroli szybkości procesu235
4.5. Wpływ temperatury na szybkość reakcji chemicznych i dyfuzji236
4.5.1. Zależność szybkości reakcji chemicznych od temperatury236
4.5.2. Wnioski praktyczne wynikające z równania Arrheniusa238
4.5.3. Zastosowanie równania Arrheniusa do procesów dyfuzji238
4.6. Teoria zderzeń aktywnych242
4.7. Teoria stanu pośredniego243
4.8. Przykłady reakcji heterogenicznych występujących w procesach metalurgicznych244
4.8.1. Reakcje przebiegające pomiędzy ciałem stałym a gazem244
4.8.2. Reakcje przebiegające w układzie dwóch niemieszających się cieczy245
4.8.3. Reakcje pomiędzy gazami katalizowane przez ciało stałe246
4.8.4. Wpływ rodzaju (natury) granicy faz, rodzaju sieci krystalicznej ciała stałego oraz kształtu geometrycznego powierzchni granicy faz na kinetykę reakcji heterogenicznych typu ciało stałe–gaz, ciało stałe–ciecz, ciało stałe–ciało stałe249
4.8.5. Reakcje przebiegające w układzie ciecz–gaz250
Literatura do rozdziału 4252
5. Rozpuszczalność gazów w żelazie i jego stopach. Procesy próżniowe 254
5.1. Rozpuszczalność gazów w żelazie i jego stopach254
5.1.1. Prawo Sievertsa i prawo Henry’ego254
5.1.2. Rozpuszczalność wodoru i azotu w żelazie257
5.1.3. Rozpuszczalność tlenu w żelazie264
5.1.4. Rozpuszczalność tlenu w stopach żelaza i zdolność odtleniająca pierwiastków267
5.1.5. Rozpuszczalność gazów złożonych272
5.1.6. Wtórne utlenianie stali273
5.2. Procesy próżniowe274
5.2.1. Podstawy teoretyczne procesów próżniowych274
5.2.2. Termodynamika procesów próżniowych275
5.2.3. Kinetyka procesów próżniowych277
5.2.4. Przykłady praktycznego wykorzystania próżni w procesach metalurgicznych278
5.2.4.1. Odgazowywanie metali w próżni278
5.2.4.2. Rozkład termiczny pod obniżonym ciśnieniem (bez udziału substancji obcej)282
5.2.4.3. Redukcja w próżni z zastosowaniem reduktora283
Literatura do rozdziału 5284
6. Zjawiska na powierzchni międzyfazowej 286
6.1. Napięcie powierzchniowe287
6.1.1. Napięcie międzyfazowe i kąt zwilżania288
6.1.2. Zwilżalność tlenków przez ciekły metal290
6.2. Procesy na granicy faz masa formierska–metal292
6.2.1. Procesy pirolizy spoiwa293
6.2.2. Tworzenie się węgla błyszczącego294
6.2.3. Penetracja ciekłego metalu w masę formierską295
6.2.4. Nawęglanie i odwęglanie powierzchni odlewu302
6.2.5. Siarka w warstwie powierzchniowej odlewu304
6.2.6. Fosfor w warstwie powierzchniowej odlewu305
6.3. Penetracja ciekłego metalu i żużla w głąb wyłożenia ogniotrwałego pieca306
6.2.7. Azot w warstwie powierzchniowej odlewu306
6.4. Praca adhezji i kohezji307
6.5. Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury308
6.6. Napięcie powierzchniowe ciekłych metali310
6.7. Napięcie powierzchniowe ciekłych żużli313
6.8. Napięcie międzyfazowe pomiędzy ciekłym żużlem a ciekłym metalem315
6.9. Procesy zarodkowania nowej fazy317
6.9.1. Teoria procesów zarodkowania nowej fazy317
6.9.2. Zarodkowanie homogeniczne318
6.9.3. Zarodkowanie heterogeniczne320
6.9.3.1. Procesy kondensacji, parowania i sublimacji321
6.9.3.2. Procesy krzepnięcia i przemian fazowych w stanie stałym322
6.10. Wtrącenia niemetaliczne325
6.10.1. Wydzielanie się wtrąceń niemetalicznych z kąpieli metalowej331
6.11. Adsorpcja fizyczna i chemiczna. Izotermy adsorpcji336
6.12. Adsorpcja na powierzchni cieczy (równanie Gibbsa)337
Literatura do rozdziału 6338
7. Korozja gazowa metali i stopów 341
7.1. Kryteria termodynamiczne procesu korozji gazowej341
7.2. Kinetyka korozji gazowej343
7.2.1. Zależność szybkości korozji gazowej od temperatury347
7.2.1.1. Teoria Wagnera utleniania metali347
7.2.1.2. Typy tlenków metali349
7.2.2. Tworzenie się zgorzelin wielofazowych351
7.3. Metody ochrony przed korozją gazową355
7.3.1. Powłoki ochronne356
7.3.2. Atmosfery ochronne356
7.3.3. Dobór tworzyw metalicznych do pracy w wysokiej temperaturze357
Literatura do rozdziału 7358
8. Rozkład termiczny ciał stałych 359
8.1. Równowaga między fazą stałą a gazową359
8.2. Termodynamika rozkładu ciał stałych359
8.3. Kinetyka rozkładu ciał stałych365
8.4. Procesy suszenia w metalurgii368
Literatura do rozdziału 8369
9. Procesy fizykochemiczne zachodzące podczas wytapiania stopów żelaza 370
9.1. Piece do topienia372
9.2. Produkcja żeliwa372
9.3. Wytapianie żeliwa w żeliwiaku373
9.3.1. Typy żeliwiaków i ich charakterystyka373
9.3.2. Procesy fizykochemiczne zachodzące w żeliwiaku379
9.3.2.1. Procesy spalania i zgazowywania paliwa379
9.3.2.2. Procesy metalurgiczne381
9.4. Problem cynku przy wytapianiu żeliwa395
9.5. Wytapianie żeliwa w piecu obrotowym398
9.6. Wytapianie stopów żelaza w piecu indukcyjnym399
9.6.1. Piece indukcyjne bezrdzeniowe (tyglowe)399
9.6.2. Piece indukcyjne rdzeniowe (kanałowe)402
9.6.3. Procesy metalurgiczne zachodzące w piecu indukcyjnym403
9.7. Wytwarzanie surówki w wielkim piecu408
9.7.1. Budowa wielkiego pieca i stosowane materiały wsadowe408
9.7.2. Wstępne przemiany fizykochemiczne411
9.7.3. Proces powstawania CO411
9.7.4. Redukcja tlenków żelaza w wielkim piecu413
9.7.5. Redukcja innych tlenków w wielkim piecu417
9.7.6. Procesy równowagowe zachodzące przy produkcji surówki w wielkim piecu421
9.8. Wytapianie stali428
9.8.1. Podział procesów stalowniczych430
9.8.2. Równowaga w procesie rafinacji stali433
9.8.2.1. Przechodzenie tlenu do kąpieli metalowej434
9.8.2.2. Utlenianie węgla438
9.8.2.3. Utlenianie krzemu443
9.8.2.4. Utlenianie manganu447
9.8.2.5. Utlenianie fosforu450
9.8.2.6. Utlenianie chromu454
9.8.2.7. Utlenianie innych składników456
9.8.2.8. Usuwanie siarki w procesie stalowniczym458
9.8.3. Wytapianie stali w elektrycznym piecu łukowym463
9.8.3.1. Piece łukowe o nagrzewaniu pośrednim463
9.8.3.2. Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim464
9.8.3.3. Wytapianie stali w zasadowym elektrycznym piecu łukowym466
9.8.4. Wytapianie stali w konwertorze470
9.8.4.1. Podstawy procesu konwertorowego470
9.8.4.2. Proces besemerowski471
9.8.4.3. Proces tomasowski475
9.8.4.4. Konwertorowy proces tlenowy478
9.8.4.5. Procesy odfosforowania i odsiarczania w konwertorze484
9.8.4.6. Wprowadzanie pierwiastków stopowych do stali485
9.8.5. Alternatywne metody produkcji stali487
9.8.5.1. Proces bezpośredniej redukcji żelaza488
9.8.5.2. Proces bezpośredniego wytapiania491
Literatura do rozdziału 9492
10. Procesy fizykochemiczne zachodzące podczas obróbki pozapiecowej stopów żelaza494
10.1. Obróbka pozapiecowa ciekłego żeliwa494
10.1.1. Odsiarczanie i nawęglanie żeliwa494
10.1.2. Proces modyfikacji żeliwa495
10.1.3. Proces sferoidyzacji i wermikularyzacji499
10.2. Pozapiecowa obróbka stali505
10.2.1. Podstawy teoretyczne procesów obróbki pozapiecowej stali508
10.2.2. Procesy obróbki pozapiecowej prowadzone pod ciśnieniem atmosferycznym511
10.2.2.1. Piec kadziowy (piecokadź)511
10.2.2.2. Proces AOD514
10.2.3. Procesy obróbki pozapiecowej prowadzone pod obniżonym ciśnieniem516
10.2.3.1. Odgazowanie w komorze próżniowej517
10.2.3.2. Odgazowywanie cyrkulacyjne522
10.2.3.3. Rafinacja wtórna524
10.3. Odlewanie stali527
10.3.1. Odlewanie stali do wlewnic527
10.3.2. Ciągłe odlewanie stali529
Literatura do rozdziału 10532
11. Wykorzystanie programów komputerowych do obliczeń termodynamicznych w procesach metalurgicznych. Metoda CALPHAD (oprac. A. Burbelko i M. Wróbel)535
11.1. Wprowadzenie535
11.2. Podstawy termodynamiki układów równowagowych536
11.3. Rozwój metody CALPHAD542
11.4. Oprogramowanie do obliczeń termodynamicznych544
11.5. Przykłady obliczeń544
11.6. Przykład praktycznych obliczeń w układzie Fe–C–Si–P–S–Mn547
Literatura do rozdziału 11557
Dodatek 558
Skorowidz 566