Термодинамика растворов кислорода, элементов-раскислителей и легирующих элементов в металлических расплавах на основе железа

• Автор: Коврига, Евгения Владиславовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ НАПРАВЛЕНИЕ . РАЗВИТИЯ ВОПРОСА .

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭТИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1. Влияние элементовраскислителей на активность кислорода в ме

4 талличсских расплавах

1.2. Методы определения параметров взаимодействия

1.3. Методы определения коэффициентов активности компонентов в металлических расплавах
1.4. Теоретическая постановка вопроса о термодинамическом прогнозировании растворимости кислорода в металлических расплавах
1.4.1. Определение концентрационной зависимости коэффициента активности элементараскислителя легирующего элемента в

бинарном расплаве

1.4.2. Метод определения параметров взаимодействия первого и второго порядков элементов по кислороду.
1.4.3. Нахождение зависимости параметров взаимодействия от температуры .
1.4.4. Учет сложности состава продуктов раскисления в области низких концентраций элементовраскислителей.
1.4.5. Концентрационная зависимость коэффициентов активностей
элементов в тройных расплавах.
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.
.2.1. Экспериментальная плавильная установка.
2.2. Методика изучения растворимости кислорода в металлических
расплавах
4 2.3. Химический состав материалов, используемых для приготовления
сплавов и методика анализа элементов.
2.4. Оценка воспроизводимости эксперимента .
. 2.5. Математическая обработка экспериментальных данных с целью
определения оптимальной концентрации элементараскислителя
3. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В
ДВОЙНЫХ И ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ
4 3.1. Термодинамика растворов кислорода в железохром истых расплавах
3.1.1. Результаты эксперимента.
3.1.2. Термодинамические расчеты.
3.1.2.1. Равновесие в системе РеСг0 жидкая оксидная фаза переменного состава .
3.1.2.2. Равновесие в системах РеСг0РеСг4 и РеСг0Сг
3.1.2.3. Термодинамика растворов кислорода в области высоких
концентраций хрома в расплаве
3.2. Термодинамика реакций взаимодействия марганца и кислорода, растворенных в жидком железе
3.2.1. Результаты эксперимента.
3.2.2. Равновесие в системе железо марганец кислород оксид марганца И.
3.2.3. Равновесие в системе железомарганецкислородоксидная фаза переменного состава типа хРеО уМпО
3.3. Растворимость кислорода в сплавах системы железокремний
3.3.1. Результаты эксперимента.
3.3.2. Равновесие в системе железо кремний кислород оксид кремния IV
3.3.3. Равновесие в системе железокремнийкислороджидкие силикаты железа
4 3.4. Взаимодействие марганца и кислорода, растворенных в железоникелевых расплавах
3.4.1. Результаты эксперимента .
3.4.2. Термодинамическое обоснование растворимости кислорода в системе железоникельмарганец
3.4.2.1. Равновесие в системе iОоксидная фаза переменного состава
3.4.2.2. Концентрационные зависимости коэффициента активно
А сти и активности марганца в системе iО
3.4.2.3. Концентрационные зависимости коэффициента активности и активности никеля
3.4.2.4. Концентрационные зависимости коэффициента активности и активности железа
3.4.2.5. Расчет мольной доли иона Мп2 в оксидном расплаве
3.4.2.6. Расчет активности, коэффициента активности и растворимости кислорода в системе железоникельмарганец .
3.4.3. Термодинамическое прогнозирование растворимости кислорода в системе i для любых концентраций образующих ее элементов.
3.4.3.1. Расчет параметров взаимодействия железа и никеля по кислороду, растворенного в жидком марганце
3.4.3.2. Расчет растворимости, активности и коэффициент активности кислорода в системе i и обсуждение полу
У ченных результатов.
3.5. Термодинамика растворов кислорода и элементовраскнслителей в
системе железохромкремний.
3.5.1. Результаты эксперимента.
3.5.2. Равновесие в расплавах системы желсзохромкремнийкислород, находящихся под слоем жидкой оксидной фазы переменного состава
4 3.5.2.1. Концентрационная зависимость коэффициента активности кремния и его активность в системе i0
3.5.2.2. Концентрационная зависимость коэффициента активности хрома и его активность в системе i0.
3.5.3. Расчет состава оксидной фазы в системе i.
3.5.4. Активность, коэффициент активности и растворимость кислорода в области существования оксидов переменного, состава
а 3.5.5. Активность, коэффициент активности и растворимость кислорода в области существования оксида кремния IV
3.5.6. Растворимость и активность кислорода в высокохромистых расплавах железа с кремнием, находящихся в равновесии с
жидкими силикатами хрома .
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ПРОЦЕССА р РАСКИСЛЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ
СТАЛЕЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Меэсдународном форуме по проблемам науки, техники и образования Москва, г. Международной научнотехнической конференции Новые материалы и технологии на рубеже веков Пенза, г. Всероссийской научнотехнической конференции Материалы и технологии XXI века Пенза, г. Всероссийской научнопрактической конференции Современные технологии в машиностроении Пенза, г. Меоювузовских научнопрактических конференциях Методы эволюционной и синергетической экономики в управлении региональными и производственными системами Отрадная, г. Современные инновационные технологии как одно из условий совершенствования науки, производства и образования Армавир, г. Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи в реферируемых журналах сделано 9 докладов на международных, всероссийских и межвузовских конференциях. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 2 страниц печатного текста, включая рисунков. Список цитируемой литературы включает 2 наименования. Приложение содержит таблицы с результатами экспериментальных данных таблицы с химическим составом материалов, используемых для приготовления сплавов перечень методов, с помощью которых проводился анализ элементов в изучаемых сплавах справки и акты предприятий, подтверждающие практическую значимость работы компьютерную программу МаШСАИ раскисления низкоуглеродистых легированных сталей, разработанную на основании предложенной физикохимической и математической моделей. Раскисление металлов является, как известно, одной из наиболее сложных и ответственных операций, определяющей в значительной степени их качество. В связи с этим вполне понятен интерес учсныхисследователей к разработке теоретических основ этого процесса и, в частности, термодинамики раскисления, которая наиболее разработана, надежна и позволяет количественно оценивать конечное состояние процесса. Тем не менее, некоторые вопросы термодинамики взаимодействия кислорода и элементараскислителя, относящиеся к очень низким и высоким его концентрациям, когда он фактически уже является легирующим элементом, нуждаются в дополнении и развитии. Обычно раскислительная способность отдельных элементов оценивается по диаграмме зависимости 0Я в условиях равновесия при С. О, концентрации кислорода и элементараскислителя в металле оЛтоп коэффициент активности соответственно кислорода, элементараскислителя в металле и оксида элементараскислителя в оксидной фазе т,п стехиометрические коэффициенты реакции раскисления. О,Я и тОп 3. ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭТИХ ПРОЦЕССОВ
Экстремальный характер кривых зависимости 1О Д1дЯсвидетельствует, как отмечает в работе В. И. Явойский, только о том, что растворы кислорода и раскислителя в жидком железе являются реальными. В литературе высказывается и другой взгляд на этот вопрос, который объясняет повышение растворимости кислорода правее минимума появлением в оксидной фазе наряду с высшим оксидом РтОп элементараскислителя его низшего оксида НО, который создает более благоприятные условия для передачи кислорода в металл, чем ЯтОп. Термодинамическое описание процесса растворения газов, в частности кислорода, является, как известно, наименее разработанным разделом общей теории растворов. Впервые попытка описать растворимость газа в бинарном сплаве х3 была предпринята К. Уравнение 2 было выведено в предположении об идеальности раствора . Анализ зависимости 2 автором работы показал, что она часто не соблюдается. Зависимость аналогичная 2 несколько позднее была выведена с помощью математического аппарата теории совершенных растворов . С помощью приводимого уравнения удалось удовлетворительно объяснить концентрационные зависимости газов азота и водорода в некоторых системах. Более общие закономерности по растворимости газов в металлических бинарных и многокомпонентных системах автором работы выявлены не были. Дальнейшее развитие этот вопрос получил в работе , авторы которой рассмотрели возможность приложимости аддитивных схем для анализа концентрационной зависимости кислорода в сплавах.