Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne

Procesy metalurgiczne i odlewnicze stopów żelaza. Podstawy fizykochemiczne

1 opinia

Format:

ibuk

RODZAJ DOSTĘPU

 

Dostęp online przez myIBUK

WYBIERZ DŁUGOŚĆ DOSTĘPU

Cena początkowa:

Najniższa cena z 30 dni: 7,99 zł  


7,99

w tym VAT

TA KSIĄŻKA JEST W ABONAMENCIE

Już od 24,90 zł miesięcznie za 5 ebooków!

WYBIERZ SWÓJ ABONAMENT

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 odlewnictwie (żeliwo, staliwo). Zawiera opis podstawowych reguł, praw i zasad z zakresu kinetyki, termodynamiki oraz zjawisk powierzchniowych i roztworów, a także dokładny opis nowych technologii, dla których konieczne było opracowanie podstaw teoretycznych w celu wyjaśnienia zachodzących tam zjawisk.

W książce zostały omówione:

· podstawowe funkcje termodynamiczne
· roztwory i ich właściwości
· żużle metalurgiczne
· kinetyka procesów metalurgicznych
· rozpuszczalność gazów w żelazie i jego stopach
· procesy próżniowe i zjawiska na powierzchni międzyfazowej
· korozja gazowa metali i stopów
· rozkład termiczny ciał stałych
· procesy fizykochemiczne zachodzące podczas wytapiania i podczas obróbki pozapiecowej stopów żelaza

Cennym uzupełnieniem poruszanych zagadnień jest rozdział dotyczący wykorzystania programów komputerowych do obliczeń termodynamicznych w procesach metalurgicznych.

Podręcznik jest przeznaczony dla studentów takich kierunków, jak metalurgia, inżynieria materiałowa, budowa maszyn, dla absolwentów tych kierunków i pokrewnych zatrudnionych w przemyśle oraz dla słuchaczy studiów podyplomowych. Zainteresuje także pracowników naukowych wyższych uczelni i instytutów badawczych zajmujących się tą problematyką.


Rok wydania2013
Liczba stron572
KategoriaMateriałoznawstwo
WydawcaWydawnictwo Naukowe PWN
ISBN-13978-83-01-17362-3
Numer wydania1
Język publikacjipolski
Informacja o sprzedawcyePWN sp. z o.o.

Ciekawe propozycje

Spis treści

  Przedmowa XV
  Ważniejsze symbole stosowane w książce XIX
  
  1. Funkcje termodynamiczne     1
  
  1.1. Pojęcia podstawowe z termodynamiki     1
  1.1.1. Układy termodynamiczne     1
  1.1.1.1. Układ, otoczenie     1
  1.1.1.2. Układ izolowany     1
  1.1.1.3. Układ zamknięty     2
  1.1.1.4. Układ otwarty     2
  1.1.1.5. Układ izolowany adiabatycznie     2
  1.1.1.6. Układ izolowany diatermicznie     2
  1.1.1.7. Pojecie fazy, układy homogeniczne i heterogeniczne     2
  1.1.2. Proces, droga procesu, rodzaje procesów     3
  1.1.3. Funkcja stanu     4
  1.1.3.1. Parametry (wielkości) ekstensywne i intensywne     5
  1.1.3.2. Parametry zależne i niezależne     6
  1.1.3.3. Warunki równowagi termodynamicznej układów oddzielonych od siebie przegrodą adiabatyczną lub nieadiabatyczną (diatermiczną)     6
  1.1.4. Procesy termodynamiczne     7
  1.1.4.1. Równowaga termodynamiczna     7
  1.1.4.2. Procesy termodynamicznie nieodwracalne     9
  1.1.4.3. Procesy termodynamicznie odwracalne     10
  1.1.5. Definicja i sens fizyczny niektórych funkcji stanu     10
  1.1.5.1. Energia wewnętrzna     11
  1.1.5.2. Entalpia. Efekt cieplny w procesach izochorycznych i izobarycznych     13
  1.1.5.3. Zmiana standardowej entalpii reakcji     14
  1.1.5.4. Prawo Hessa jako konsekwencja I zasady termodynamiki     16
  1.1.5.5. Obliczanie efektów cieplnych procesów fizykochemicznych w warunkach standardowych     17
  1.1.5.6. Zależność ciepła reakcji od temperatury (prawo Kirchhoffa)     18
  1.1.5.7. II zasada termodynamiki. Entropia     22
  1.1.5.8. III zasada termodynamiki (postulat Plancka)     26
  1.1.5.9. Energia Helmholtza     28
  1.1.5.10. Energia Gibbsa     29
  1.1.5.11. Standardowa molowa energia Gibbsa (Gᵒ298)     30
  1.2. Najważniejsze związki matematyczne między funkcjami termodynamicznymi     33
  1.2.1. Zależność energii Gibbsa od temperatury     35
  1.2.2. Zależność przyrostów energii Gibbsa od temperatury     36
  1.2.3. Zależność energii Gibbsa gazu doskonałego od ciśnienia     39
  1.2.4. Zależność przyrostów energii Gibbsa od ciśnienia     40
  1.3. Wykresy Ellinghama i Richardsona     41
  1.3.1. Obliczanie energii Gibbsa procesów     41
  1.3.1.1. Wprowadzenie     41
  1.3.1.2. Wpływ ciśnienia oraz występowania reagentów A lub AB w roztworze na wartość energii Gibbsa reakcji typu     46
  1.3.1.3. Skale logarytmiczne na wykresach Ellinghama–Richardsona i ich zastosowanie     49
  1.3.2. Uwagi ogólne dotyczące wykresów Ellinghama–Richardsona     54
  1.3.3. Przykłady praktyczne obliczeń opartych na zastosowaniu wykresów Ellinghama–Richardsona     59
  Literatura do rozdziału 1     63
  
  2. Roztwory i ich właściwości     64
  
  2.1. Właściwości ciekłych metali i stopów     64
  2.2. Sposoby wyrażania stężenia roztworów     66
  2.3. Molowe cząstkowe wartości funkcji termodynamicznych     67
  2.4. Równanie Gibbsa–Duhema     70
  2.5. Aktywność termodynamiczna i współczynniki aktywności     71
  2.5.1. Roztwory doskonałe (prawo Raoulta)     71
  2.5.2. Pojęcie lotności i aktywności     73
  2.5.3. Współczynnik aktywności     75
  2.5.4. Wybór stanu standardowego     76
  2.5.4.1. Wybór stanu standardowego dla substancji gazowych     76
  2.5.4.2. Wybór stanu standardowego dla substancji skondensowanych     76
  2.5.5. Odchylenia od prawa Raoulta – roztwory rzeczywiste     77
  2.5.6. Prawo Henry’ego     81
  2.5.7. Aktywności Raoulta a aktywności Henry’ego     83
  2.5.7.1. Aktywności Raoulta     84
  2.5.7.2. Aktywności Henry’ego     84
  2.5.8. Związki matematyczne pomiędzy standardowymi potencjałami chemicznymi składników roztworu przy różnym wyborze stanu standardowego     89
  2.5.9. Wpływ wyboru stanu standardowego na wartość zmiany energii Gibbsa w dowolnym procesie fizykochemicznym (reakcji chemicznej, tworzeniu się roztworu) – przykład     90
  2.5.10. Zależność współczynnika aktywności od temperatury i ciśnienia     92
  2.5.10.1. Zależność współczynnika aktywności od temperatury     92
  2.5.10.2. Zależność współczynnika aktywności od ciśnienia     94
  2.5.11. Metody wyznaczania aktywności danego składnika w stopach metalicznych i żużlach metalurgicznych     94
  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)     94
  2.5.11.2. Określanie aktywności z pomiaru siły elektromotorycznej ogniwa     97
  2.5.11.3. Określenie aktywności na podstawie prawa podziału Nernsta     98
  2.5.12. Przebieg krzywych zależności aktywności Raoulta od składu chemicznego roztworu     99
  2.5.13. Wpływ rozpuszczania dodatkowych substancji na aktywność danego składnika w roztworze. Równanie Wagnera–Chipmana     101
  2.5.13.1. Uwagi ogó1ne     101
  2.5.13.2. Równanie Wagnera–Chipmana     102
  2.5.14. Reguła faz Gibbsa     105
  2.5.15. Równanie Clausiusa–Clapeyrona     107
  2.6. Funkcje mieszania – zmiany funkcji termodynamicznych zachodzące w procesach tworzenia roztworu     108
  2.6.1. Zastosowanie funkcji mieszania w termodynamice roztworów doskonałych, regularnych i rzeczywistych     111
  2.6.1.1. Funkcje mieszania dla roztworów doskonałych     111
  2.6.1.2. Roztwory regularne i funkcje mieszania dla tego rodzaju roztworów     113
  2.7. Funkcje nadmiarowe     116
  2.8. Stała równowagi. Przewidywanie kierunku reakcji chemicznej samorzutnej w warunkach izotermicznych     118
  2.8.1. Prawdziwa stała równowagi     118
  2.8.2. Równanie izotermy van’t Hoffa     119
  2.8.3. Równanie izobary van’t Hoffa     121
  2.8.4. Uwagi praktyczne odnośnie do zapisu przybliżonych stałych równowagi reakcji metalurgicznych     127
  2.8.5. Przykłady pisania wyrażeń na stałą równowagi     129
  2.8.5.1. Reakcje homogeniczne     129
  2.8.5.2. Reakcje heterogeniczne     131
  2.8.6. Zależność od ciśnienia standardowego potencjału chemicznego μoi i standardowej zmiany energii Gibbsa ΔG° oraz stałej równowagi wyrażonej za pomocą aktywności Ka     134
  2.9. Sposoby przewidywania wpływu zmian parametrów intensywnych na zmianę położenia stanu równowagi układu (reguła Le Chateliera)     136
  2.9.1. Termodynamiczne uzasadnienie reguły Le Chateliera     137
  2.9.2. Praktyczne zastosowanie prawa przesunięć równowagi     138
  2.9.2.1. Wpływ temperatury     138
  2.9.2.2. Wpływ ciśnienia     139
  2.9.2.3. Wpływ stężenia     139
  Literatura do rozdziału 2     140
  
  3. Żużle metalurgiczne     142
  
  3.1. Rola i właściwości żużli     142
  3.2. Teorie budowy ciekłych żużli     143
  3.2.1. Teoria cząsteczkowa     143
  3.2.2. Teoria jonowa     144
  3.2.3. Dowody przemawiające za słusznością teorii o jonowej strukturze ciekłych żużli     145
  3.2.4. Podział tlenków na zasadowe, kwasowe i amfoteryczne rozpatrywany w świetle teorii jonowej. Zasadowość żużli     146
  3.2.5. Zastosowanie krystalochemicznej charakterystyki kationu (wartości jego promienia i ładunku) do określenia charakteru odpowiadającego mu tlenku     148
  3.2.6. Struktura anionów krzemianowych występujących w ciekłych żużlach     151
  3.2.7. Obliczanie aktywności składników żużli krzemianowych (teorie Tiemkina i Flooda)     154
  3.2.7.1. Teoria Tiemkina     154
  3.2.7.2. Ułamki jonowe Flooda (tzw. ułamki równoważne elektrostatycznie)     156
  3.2.7.3. Interpretacja reakcji żużel–metal oparta na teorii jonowej żużli     162
  3.3. Podsumowanie teorii budowy żużli     164
  3.4. Właściwości fizyczne żużli     164
  3.4.1. Lepkość żużli     165
  3.4.2. Napięcie powierzchniowe żużli     168
  3.4.3. Dyfuzja w ciekłych żużlach     169
  3.4.4. Przewodność elektryczna i termiczna żużli     171
  3.4.4.1. Przewodność elektryczna     171
  3.4.4.2. Przewodność termiczna     171
  3.5. Diagramy fazowe podwójnych i potrójnych układów tlenkowych     172
  3.5.1. Diagramy fazowe podwójnych układów tlenkowych     172
  3.5.2. Diagramy fazowe potrójnych układów tlenkowych     175
  Literatura do rozdziału 3     178
  
  4. Kinetyka procesów     180
  
  4.1. Kinetyka procesów metalurgicznych i odlewniczych     180
  4.2. Podstawowe równania kinetyczne     183
  4.2.1. Wpływ stężenia. Pojęcie rzędu reakcji     183
  4.2.2. Kinetyka reakcji pierwszego rzędu     184
  4.2.3. Okres połowicznej przemiany (połówkowy czas reakcji)     185
  4.2.4. Kinetyka reakcji drugiego rzędu     186
  4.2.5. Reakcje odwracalne     187
  4.2.6. Reakcje równoległe     188
  4.2.7. Reakcje następcze     189
  4.3. Przenoszenie pędu, ciepła i masy     190
  4.3.1. Transport pędu (przepływ)     191
  4.3.1.1. Przepływ laminarny. Lepkość     191
  4.3.2. Przenoszenie ciepła     195
  4.3.2.1. Przewodzenie ciepła     195
  4.3.2.2. Konwekcyjny transport ciepła     196
  4.3.2.3. Transport ciepła na drodze promieniowania     197
  4.3.3. Transport masy     198
  4.3.3.1. Dyfuzja cząsteczkowa     199
  4.3.3.2. I prawo Ficka     199
  4.3.3.3. II prawo Ficka     201
  4.3.3.4. Mechanizmy dyfuzji     207
  4.3.4. Konwekcja masy     210
  4.4. Rodzaje kontroli szybkości reakcji heterogenicznej     211
  4.4.1. Kinetyczna i dyfuzyjna kontrola szybkości reakcji     211
  4.4.2. Kryteria matematyczne rodzaju kontroli szybkości procesu     212
  4.5. Wpływ temperatury na szybkość reakcji chemicznych i dyfuzji     213
  4.5.1. Zależność szybkości reakcji chemicznych od temperatury     213
  4.5.2. Wnioski praktyczne wynikające z równania Arrheniusa     215
  4.5.3. Zastosowanie równania Arrheniusa do procesów dyfuzji     215
  4.6. Teoria zderzeń aktywnych     219
  4.7. Teoria stanu pośredniego     220
  4.8. Przykłady reakcji heterogenicznych występujących w procesach metalurgicznych     221
  4.8.1. Reakcje przebiegające pomiędzy ciałem stałym a gazem     221
  4.8.2. Reakcje przebiegające w układzie dwóch niemieszających się cieczy     222
  4.8.3. Reakcje pomiędzy gazami katalizowane przez ciało stałe     223
  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 stałe     226
  4.8.5. Reakcje przebiegające w układzie ciecz–gaz     227
  Literatura do rozdziału 4     229
  
  5. Rozpuszczalność gazów w żelazie i jego stopach. Procesy próżniowe     231
  
  5.1. Rozpuszczalność gazów w żelazie i jego stopach     231
  5.1.1. Prawo Sievertsa i prawo Henry’ego     231
  5.1.2. Rozpuszczalność wodoru i azotu w żelazie     234
  5.1.3. Rozpuszczalność tlenu w żelazie     241
  5.1.4. Rozpuszczalność tlenu w stopach żelaza i zdolność odtleniająca pierwiastków     244
  5.1.5. Rozpuszczalność gazów złożonych     249
  5.1.6. Wtórne utlenianie stali     250
  5.2. Procesy próżniowe     251
  5.2.1. Podstawy teoretyczne procesów próżniowych     251
  5.2.2. Termodynamika procesów próżniowych     252
  5.2.3. Kinetyka procesów próżniowych     254
  5.2.4. Przykłady praktycznego wykorzystania próżni w procesach metalurgicznych     255
  5.2.4.1. Odgazowywanie metali w próżni     255
  5.2.4.2. Rozkład termiczny pod obniżonym ciśnieniem (bez udziału substancji obcej)     259
  5.2.4.3. Redukcja w próżni z zastosowaniem reduktora     260
  Literatura do rozdziału 5     261
  
  6. Zjawiska na powierzchni międzyfazowej     263
  
  6.1. Napięcie powierzchniowe     264
  6.1.1. Napięcie międzyfazowe i kąt zwilżania     265
  6.1.2. Zwilżalność tlenków przez ciekły metal     267
  6.2. Procesy na granicy faz masa formierska–metal     269
  6.2.1. Procesy pirolizy spoiwa     270
  6.2.2. Tworzenie się węgla błyszczącego     271
  6.2.3. Penetracja ciekłego metalu w masę formierską     272
  6.2.4. Nawęglanie i odwęglanie powierzchni odlewu     279
  6.2.5. Siarka w warstwie powierzchniowej odlewu     281
  6.2.6. Fosfor w warstwie powierzchniowej odlewu     282
  6.2.7. Azot w warstwie powierzchniowej odlewu     283
  6.3. Penetracja ciekłego metalu i żużla w głąb wyłożenia ogniotrwałego pieca     283
  6.4. Praca adhezji i kohezji     284
  6.5. Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury     285
  6.6. Napięcie powierzchniowe ciekłych metali     287
  6.7. Napięcie powierzchniowe ciekłych żużli     290
  6.8. Napięcie międzyfazowe pomiędzy ciekłym żużlem a ciekłym metalem     292
  6.9. Procesy zarodkowania nowej fazy     294
  6.9.1. Teoria procesów zarodkowania nowej fazy     294
  6.9.2. Zarodkowanie homogeniczne     295
  6.9.3. Zarodkowanie heterogeniczne     297
  6.9.3.1. Procesy kondensacji, parowania i sublimacji     298
  6.9.3.2. Procesy krzepnięcia i przemian fazowych w stanie stałym     299
  6.10. Wtrącenia niemetaliczne     302
  6.10.1. Wydzielanie się wtrąceń niemetalicznych z kąpieli metalowej     308
  6.11. Adsorpcja fizyczna i chemiczna. Izotermy adsorpcji     313
  6.12. Adsorpcja na powierzchni cieczy (równanie Gibbsa)     314
  Literatura do rozdziału 6     315
  
  7. Korozja gazowa metali i stopów     318
  
  7.1. Kryteria termodynamiczne procesu korozji gazowej     318
  7.2. Kinetyka korozji gazowej     320
  7.2.1. Zależność szybkości korozji gazowej od temperatury     324
  7.2.1.1. Teoria Wagnera utleniania metali     324
  7.2.1.2. Typy tlenków metali     326
  7.2.2. Tworzenie się zgorzelin wielofazowych     328
  7.3. Metody ochrony przed korozją gazową     332
  7.3.1. Powłoki ochronne     333
  7.3.2. Atmosfery ochronne     333
  7.3.3. Dobór tworzyw metalicznych do pracy w wysokiej temperaturze     334
  Literatura do rozdziału 7     335
  
  8. Rozkład termiczny ciał stałych     336
  
  8.1. Równowaga między fazą stałą a gazową     336
  8.2. Termodynamika rozkładu ciał stałych     336
  8.3. Kinetyka rozkładu ciał stałych     342
  8.4. Procesy suszenia w metalurgii     345
  Literatura do rozdziału 8     346
  
  9. Procesy fizykochemiczne zachodzące podczas wytapiania stopów żelaza     347
  
  9.1. Piece do topienia     349
  9.2. Produkcja żeliwa     349
  9.3. Wytapianie żeliwa w żeliwiaku     350
  9.3.1. Typy żeliwiaków i ich charakterystyka     350
  9.3.2. Procesy fizykochemiczne zachodzące w żeliwiaku     356
  9.3.2.1. Procesy spalania i zgazowywania paliwa     356
  9.3.2.2. Procesy metalurgiczne     358
  9.4. Problem cynku przy wytapianiu żeliwa     372
  9.5. Wytapianie żeliwa w piecu obrotowym     375
  9.6. Wytapianie stopów żelaza w piecu indukcyjnym     376
  9.6.1. Piece indukcyjne bezrdzeniowe (tyglowe)     376
  9.6.2. Piece indukcyjne rdzeniowe (kanałowe)     379
  9.6.3. Procesy metalurgiczne zachodzące w piecu indukcyjnym     380
  9.7. Wytwarzanie surówki w wielkim piecu     385
  9.7.1. Budowa wielkiego pieca i stosowane materiały wsadowe     385
  9.7.2. Wstępne przemiany fizykochemiczne     388
  9.7.3. Proces powstawania CO     388
  9.7.4. Redukcja tlenków żelaza w wielkim piecu     390
  9.7.5. Redukcja innych tlenków w wielkim piecu     394
  9.7.6. Procesy równowagowe zachodzące przy produkcji surówki w wielkim piecu     398
  9.8. Wytapianie stali     405
  9.8.1. Podział procesów stalowniczych     407
  9.8.2. Równowaga w procesie rafinacji stali     410
  9.8.2.1. Przechodzenie tlenu do kąpieli metalowej     411
  9.8.2.2. Utlenianie węgla     415
  9.8.2.3. Utlenianie krzemu     420
  9.8.2.4. Utlenianie manganu     424
  9.8.2.5. Utlenianie fosforu     427
  9.8.2.6. Utlenianie chromu     431
  9.8.2.7. Utlenianie innych składników     433
  9.8.2.8. Usuwanie siarki w procesie stalowniczym     435
  9.8.3. Wytapianie stali w elektrycznym piecu łukowym     440
  9.8.3.1. Piece łukowe o nagrzewaniu pośrednim     440
  9.8.3.2. Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim     441
  9.8.3.3. Wytapianie stali w zasadowym elektrycznym piecu łukowym     443
  9.8.4. Wytapianie stali w konwertorze     447
  9.8.4.1. Podstawy procesu konwertorowego     447
  9.8.4.2. Proces besemerowski     448
  9.8.4.3. Proces tomasowski     452
  9.8.4.4. Konwertorowy proces tlenowy     455
  9.8.4.5. Procesy odfosforowania i odsiarczania w konwertorze     461
  9.8.4.6. Wprowadzanie pierwiastków stopowych do stali     462
  9.8.5. Alternatywne metody produkcji stali     464
  9.8.5.1. Proces bezpośredniej redukcji żelaza     465
  9.8.5.2. Proces bezpośredniego wytapiania     468
  Literatura do rozdziału 9     469
  
  10. Procesy fizykochemiczne zachodzące podczas obróbki pozapiecowej stopów żelaza     471
  
  10.1. Obróbka pozapiecowa ciekłego żeliwa     471
  10.1.1. Odsiarczanie i nawęglanie żeliwa     471
  10.1.2. Proces modyfikacji żeliwa     472
  10.1.3. Proces sferoidyzacji i wermikularyzacji     476
  10.2. Pozapiecowa obróbka stali     482
  10.2.1. Podstawy teoretyczne procesów obróbki pozapiecowej stali     485
  10.2.2. Procesy obróbki pozapiecowej prowadzone pod ciśnieniem atmosferycznym     488
  10.2.2.1. Piec kadziowy (piecokadź)     488
  10.2.2.2. Proces AOD     491
  10.2.3. Procesy obróbki pozapiecowej prowadzone pod obniżonym ciśnieniem     493
  10.2.3.1. Odgazowanie w komorze próżniowej     494
  10.2.3.2. Odgazowywanie cyrkulacyjne     499
  10.2.3.3. Rafinacja wtórna     501
  10.3. Odlewanie stali     504
  10.3.1. Odlewanie stali do wlewnic     504
  10.3.2. Ciągłe odlewanie stali     506
  Literatura do rozdziału 10     509
  
  11. Wykorzystanie programów komputerowych do obliczeń termodynamicznych w procesach metalurgicznych. Metoda CALPHAD (oprac. A. Burbelko i M. Wróbel)     512
  
  11.1. Wprowadzenie     512
  11.2. Podstawy termodynamiki układów równowagowych     513
  11.3. Rozwój metody CALPHAD     519
  11.4. Oprogramowanie do obliczeń termodynamicznych     521
  11.5. Przykłady obliczeń     521
  11.6. Przykład praktycznych obliczeń w układzie Fe–C–Si–P–S–Mn     524
  Literatura do rozdziału 11     534
  
  Dodatek     535
  Skorowidz     543
RozwińZwiń