Effects of Interaction Between Surface Active Elements on the Surface Tension of Iron

Abstract

Surface tension data at 1650°C have been measured for the Fe + S + O ternary system and the two binary systems, Fe + O and Fe + S using the levitated drop technique. The results indicate that the reductions in surface tension due to oxygen and to sulphur are essentially additive in the ternary system. Excess concentrations (Γ) for both oxygen and sulphur have been calculated for both binary and ternary systems; an empirical rule for calculating Γ values for the ternary system from Γ values for the binaries has been proposed. The temperature dependencies (dγ/dT) for both ternary alloys and for a stainless steel were found to be positive. Surface analysis of the samples has been determined using electron spectroscopy (ESCA); the results indicated a considerable enhancement in the concentration of the surface active elements, O and S in the surface layers. The effects of additions of deoxidizers and desulphurizers like Al and Ce upon the surface tension have been investigated. The significance of the surface tension upon the welding characteristics of steels is discussed and the models for their interdependency evaluated in the light of the data obtained in this investigation.

Résumé

Les mesures de tensions superficielles ont été effectuées à 1650°C pour le système ternaire Fe-S-O et les systemes bin aires Fe-O et Fe-S au moyen de la technique de lévitation. Les résultats indiquent que les réductions de la tension superficielle sont essentiellement additifs dans le système ternaire. La concentration en excès (Γ) en oxygène et en sulfure a été calculée pour les systèmes bin aires et ternaires. Une règle empirique du calcul des valeurs de Γ pour le système ternaire a été établie à partir des valeurs des systèmes binaires. Les dépendances avec la température (dγ/dT) des alliages ternaires et de l'acier inox se sont révélées positives. L'analyse superficielle des échantillons a été éffectuée par spectroscopie électronique (ESCA). Les reésultats ont montré un enrichissement considérable dans la concentration des éléments actifs, O et S dans les couches superficielles. L'effet de désoxydation et désulfuration (Al et Ce) sur la tension superficielle a été étudié. L'effet de la tension superficielle des aciers sur la soudabilité est discuté et le modèle de leur interdépendance est évalué à la lumière des résultats de cette recherche.