Термодинамические параметры растворения магния в чугунах и модификаторах чугуна

• Автор: Булдыгин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Растворимость магния в жидком железе

1.2. Растворимость магния в железоуглеродистых расплавах

1.3. Теория регулярных растворов

1.4. Взаимодействие магния с кислородом, азотом и серой

в железоуглеродистых расплавах

1.5. Метод комплексного моделирования фазовых равновесий

1.6. Термодинамические свойства элементов

и магнийсодержащих сплавов

1.7. Выводы по главе 1
2. РАСЧЕТ РАСТВОРИМОСТИ МАГНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЧУ ГУНАХ
2.1. Определение параметров теории регулярных растворов
2.1.1. Определение энергии взаимообмена Огсм
2.1.2. Определение энергии взаимообмена Змес
2.1.3. Оценка энергий взаимообмена магния с Си, 1, Мп, Сг
и других элементов чугуна
2.2. Оценка растворимости магния в промышленных чугунах
с использованием формул теории регулярных растворов
2.3. Параметры взаимодействия магния с элементами чугуна
2.4. Растворимость магния в промышленных чугунах, рассчитанная
с использованием параметров взаимодействия
2.5. Расчет равновесного давления пара магния над расплавами
состава ЧШГ
2.6. Выводы по главе 2
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАГНИЯ С ПРИМЕСНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ЧУГУНА
3.1. Параметры взаимодействия магния с азотом и кислородом
3.2. Термодинамика реакций взаимодействия магния с кислородом
и азотом в жидком железе и чугунах
3.3. Выводы по главе 3
4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТВОРЕНИЯ МАГНИЯ В РАСПЛАВАХ СФЕРОИДИЗИРУЮЩИХ МОДИФИКАТОРОВ
4.1. Гермодинамические характеристики образования бинарных сплавов магния с БП, Си, Бп и Б
4.1.1. Система i
4.1.2. Система i
4.1.3. Система
4.1.4. Система
4.1.5. Оценка давления пара магния над его сплавами с БИ, 8, Си и Бп
4.2. Активность в расплавах i, РеСиБ и ii
и давление пара магния над ними
4.3. Опытнопромышленные испытания БСиРЗМ и ЧСиМРЗМ лигатур
4.4. Выводы по главе 4
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


Диссертационная работа состоит из четырех глав. В первой главе выполнен анализ имеющихся в литературе данных, показана существенная ограниченность и неполнота сведений по вопросу сфероидизирующего модифицирования чугунов. Недостаточно исследовано взаимодействие магния с примесными элементами чугуна. Также недостаточна информация о термодинамических характеристиках магния в расплавах систем, являющихся основой сфероидизирующих магнийсодержащих модификаторов. В этой же главе приведены основные принципы и соотношения используемых в работе методик расчета, а также некоторые полезные следствия из них. Вторая глава работы посвящена изучению равновесия системы магний жидкий чугун. В этом разделе определены температурные зависимости активности, растворимости и давления пара магния. В третьей главе изложены результаты исследования взаимодействия магния с азотом и кислородом в железе и высокопрочных чугунах. Определены параметры е и е и равновесные с нитридом и оксидом магния концентрации азота и кислорода. В четвертой главе проведен термодинамический анализ поведения магния в его бинарных сплавах с 1, Си, и 8п и более сложных системах ЬПСи, i и РеРЛБ, которые являются основой тяжелых модификаторов. Определены активность магния в расплавах соответствующих систем. Построены изобары пара магния при температурах и С во всем интервале концентраций. Вследствие высокого давления пара и реакционной способности магния возникают определенные трудности в исследовании его растворимости в жидком железе и сплавах железа с легирующими элементами. Однако, несмотря на это, такие исследования были выполнены с использованием различных методик изучения и разнообразных конструкций лабораторных установок. Первая попытка экспериментального определения растворимости магния в жидком железе была предпринята авторами работы 2. Однако изза отсутствия равновесия между фазами, а об этом свидетельствует наличие градиента концентрации магния в слитке, в этой работе было получено заниженное значение растворимости магния в жидком железе 0,1 мае. В работе 3 Троян и Флинн получили экспериментальные данные по растворимости магния в железоуглеродистом расплаве, приводя обе жидкие фазы в непосредственный контакт. Опытные данные работы 3 были обработаны Бурылевым в работе 4. Получена следующая температурная зависимость растворимости магния в жидком железе
8 хме 5 1. М8, мас. Расчет показывает, что при температуре К растворимость магния в жидком железе составляет 0, мае. В работе 5 исследование растворимости магния в жидком железе осуществлялось несколько иначе, нежели в работах 2, 3. Авторы работы 5 проводили насыщение железа магнием через газовую фазу. К и было получено значение растворимости магния 1, мае. Джмоль, г константа. Стандартное состояние чистый жидкий магний. И 1п уи 1п хМг. Тогда соотношение 1. Оценка по формуле 1. По этой оценке растворимость магния в железе при К равна 1, мае. Хорошее согласие расчетных и полученных в работе 5 данных свидетельствует о том, что эти данные близки к действительности, а растворимость, полученная в работе 2, занижена. ДСм8 избыточная парциальная энергия Гиббса магния Джмоль, ущ
ДЯМс,5Доль , заимствованного из работы 7, и значения т К
Ммас. Рис. Как видно из рис. Экспериментальное изучение растворимости магния в синтетических железоуглеродистых расплавах проведено в работах 3, 5, 8, с использованием различных методик. В работах 5,8 насыщение исследуемых железоуглеродистых сплавов выполнялось через паровую фазу в камерах разной конструкции. Схема реакционной камеры, которая была использована в работе 5, приведена на рис. В качестве материала тигля для магния был использован молибден, а исследуемый железоуглеродистый расплав находился в тигле из оксида магния. Насыщение проводилось при температуре К с выдержкой . Опыты проводились на микропечи с молибденовым нагревателем в атмосфере очищенного аргона. При этом давление аргона в печи на 2. Охлаждение реакционной камеры проводили вместе с печью. На рис. БеС от содержания углерода по данным 5 при К. С, мас. Рис.