石墨化

石墨化

化學原理
石墨化多用于指鋼的石墨化。鋼件在工作溫度和應力長期作用下,會使碳化物分解成遊離的石墨,這個過程也是自發進行的,稱為P熱強鋼的石墨化過程、它不但消除了碳化物的作用,而 且石墨相當于鋼中的小裂紋,使鋼的強度和塑性顯着降低而引起鋼件脆斷。通常把鑄鐵中的石墨形成過程稱為石墨化過程。
    中文名:石墨化 外文名:graphitization 别名: 實質:化學術語 作用:多用于指鋼的石墨化 特點:十分危險的轉變過程 目的:制備石墨化纖維的後道工序

抑制措施

向鋼中加入Cr、Ti、Nb等合金元素,均能阻止石墨化過程;另外,在冶煉時不能用促進石墨化的Al脫氧;采用退 火或回火處理也能減少石墨化傾向。鋼中滲碳體分解成為遊離碳并以石墨形式析出,在鋼中形成石墨 “夾雜”的現象。

一般是在2000~3300℃的氩氣或者氮氣氣氛中進行,在該過程中分子結構在原碳化基礎上,進一步形成類石墨的“亂層結構”,除碳以外的其他雜原子進一步氣化而降至1%以下,因此碳純度較高,纖維模量和耐熱性和導電性等随石墨化溫度的提高而提高,而強度和伸長率有所下降。

發生原理

石墨化是利用熱活化将熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化,因此,在石墨化過程中,要使用高溫熱處理(HTT)對原子重排及結構轉變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高,也可以使用添加催化劑方法,稱為催化石墨化。

鋼在高溫、應力長期作用下,由于珠光體内滲碳體自行分解出石墨的現象,Fe3C-->3Fe+C(石墨),稱為石墨化或析墨現象。石墨化的第一步是珠光體球化,石墨化是鋼中碳化物在高溫長期作用下分解的最終結果,石墨化使鋼材發生脆化,強度和塑性降低,沖擊韌性降低的更多。

發生條件

石墨化現象隻出現在高溫下。對碳素鋼和碳錳鋼,當在溫度425oC以上長期工作時都有可能發生石墨化。溫度升高,使石墨化加劇,但溫度過高,非但不出現石墨化現象,反而使己生成的石墨與鐵化合成滲碳體。要阻止石墨化現象,可在鋼中加入與碳結合能力強的合金元素,如鉻、钛、釩等,但矽、鋁、鎳等卻起促進石墨化的作用。設計中可以采取的措施有:改變材質,如選擇适合于中溫條件下使用的壓力容器用Cr-Mo鋼;降低容器的設計使用壽命;适當提高容器的殼體厚度和降低受壓元件應力水平等。

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