Структурные превращения в металлических расплавах и их проявление при затвердевании и кристаллизации быстрозакаленных сплавов

• Автор: Ладьянов, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 310 с. : ил.

Введение

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Термические структурные переходы в жидких металлах

1.2. Теории и модели жидкого состояния

1.3. Структурная классификация бинарных расплавов 3

1.4. Временная нестабильность и релаксационные процессы в неравновесных расплавах

1.5. Зародышеобразование в переохлажденных расплавах

1.6. Условия некристаллического затвердевания. Атомная структура сплавов в жидком и аморфном состояниях

1.7. Влияние технологии получения на структурнофазовое состояние и

свойства быстрозакаленных сплавов

1.8. Термическая стабильность и процессы при нагреве аморфных сплавов

Выводы к главе 1 и постановка задачи
ГЛАВА П. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
2.1. Вискозиметрия и возможности метода для исследования структурных превращений в металлических расплавах
2.2. Методика определения плотности и поверхностного натяжения расплавов
2.3. Экспериментальная установка для получения быстрозакаленных сплавов и образцы для исследований
Выводы к главе 2
ГЛАВА Ш. СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ И СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ РАСПЛАВАХ
3.1.1. Структурные превращения в жидких железе, кобальте и меди
3.1.2. Влияние малых добавок на структурные превращения в жидком железе
3.1.3. Особенности проявления структурных изменений в расплавах
легкоплавких металлов А1, Бп, РЬ, 1л, Вц С
3.2. Структурные превращения в стеклообразующих расплавах
3.2.1. Сплав в1Р9
3.2.2. Сплавы на основе системы ЕеВБ1
3.3. Термические и концентрационные структурные превращения в бинарных расплавах с эвтектической диаграммой фазовых равновесий
3.3.1. Система ЫьВ
3.3.2. Система Р
3.3.3. Система РЬБп
3.4. Временная нестабильность и колебательные релаксационные процессы в неравновесных металлических расплавах
Выводы к главе
ГЛАВА IV. ПРОЯВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ПРИ
ЗАТВЕРДЕВАНИИ РАСПЛАВОВ И ФОРМИРОВАНИИ СВОЙСТВ
4.1. Влияние температуры расплава на их переохлаждение Ре, Со, М, Си
4.2. Особенности неравновесной кристаллизации переохлажденных стеклообразующих расплавов система В
4.3. Структурная наследственность при сверхбыстрой закалке расплавов
4.3.1. Зависимость структурнофазового состояния быстрозакаленных сплавов от скорости охлаждения и температуры расплава
4.3.2. Влияние времени изотермической выдержки расплава перед закалкой на структуру и свойства аморфных сплавов
Выводы к главе
ГЛАВА V. ПРОЯВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В ПРОЦЕССАХ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ СПЛАВОВ
5.1. Влияние скорости охлаждения и температуры расплава на структурно
фазовые превращения при кристаллизации быстрозакаленных эвтектических сплавов ЫРю
5.2. Проявление релаксационных процессов в жидкой фазе в кинетике и
механизме кристаллизации аморфных сплавов ГетзЬИэВ
5.3. Кинетика и механизм кристаллизации аморфных сплавов Ге8оВ9Б1и при микролегировании хромом и медью
5.4. Поверхностная и объемная кристаллизация быстрозакаленных сплавов РехМ3,0Сизо,3 8В
Выводы к главе
ГЛАВА VI. КЛАСТЕРНАЯ СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
МИКРОНЕОДНОРОДНОГО СТРОЕНИЯ ЖИДКИХ И АМОРФНЫХ ФАЗ. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СТРУКТУРНОЙ МИКРОНЕОДНОРОДНОСТИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
6.1. Кластерная стохастическая модель строения жидкой фазы и возможный механизм структурных превращений в металлических
расплавах
6.2. Оценка времени жизни кластеров в жидких металлах
6.3. Термодинамический метод оценки степени микронеоднородности 1 расплавов с различным типом химической связи в твердом состоянии
6.4. Методы оценки степени микронсоднородности жидких металлов по 3 политермам их свойств
6.5. Структурные поля в жидкой фазе и кластерная модель строения 7 аморфных фаз
Выводы к главе 6
Заключение и основные результаты работы
Литература


Полученные с помощью различных теоретических методов результаты расчета качественно описывают структуру достаточно простых жидкостей типа инертных газов. Для более сложных систем, таких как жидкие металлы, это согласие, тем более количественное, значительно менее удовлетворительное. Поэтому, учитывая сложный математический аппарат, вычислительные трудности и невозможность точной оценки величины ошибок этих методов, для описания жидкого состояния часто используют различные модели. Относительно простые расчеты позволяют установить, какие именно детали структуры ответственны за те или иные особенности поведения макроскопических свойств жидкостей. Однако необходимо иметь ввиду, что выводы, полученные такими методами, иногда бывают спорными, поскольку всегда имеется определенная вероятность того, что результат связан не с особенностями модели, а с грубыми приближениями расчета. В решеточных моделях жидкость рассматривается как некоторый кристалл с множеством дефектов различного типа вакансий, дислокаций, дисклинаций и др. Начиная с ранних разработок Линдеманна авторы таких подходов стремились показать, что кристалл становится неустойчивым при нагреве его выше определенной температуры. Такие подходы, строго говоря, приводят к модели кристаллического, а не жидкого состояния и в целом оказались неудовлетворительными изза большого количества противоречий с экспериментальными данными. Наибольшее развитие дырочная модель получила в работах Френкеля 6, который рассматривал дырки в жидкости как более или менее расширенные промежутки между частицами, не имеющие определенной формы и размеров, способные спонтанно возникать, расширяться, сжиматься и вновь исчезать. Большое распространение получили модели микронеоднородного строения ЖИДКОСТИ. Предшественником их следует считать, повндимому, работы Стюарта 7. Он полагал, что в жидкости присутствуют группировки частиц сиботаксисы, в пределах которых сохраняется порядок, близкий к имеющемуся в твердом теле. Эти группы, содержащие сотни молекул, обладают временным существованием как целое, имеют нечетко выделенные границы, определенные размеры и внутреннюю закономерность и определяются температурой и молекулярными силами. В его модели делается попытка описать реально существующее состояние с помощью интерполяции между предельными случаями кристалла и газа. Согласно Уббелоде , в расплаве имеется два типа кластеров кластерызародыши и некристаллизуемые кластеры, которые плавают в более разупорядоченной и менее плотной области расплава. По мнению Григоровича 9 ближний порядок в жидкости обусловлен действием ориентированных межатомных сил. Поскольку эти силы не могут быть связаны с ненаправленным взаимодействием ионов с электронным газом, их следует искать в строении внешних электронных оболочек. В серии последних работ Майбороды 0 расплав рассматривается как кристалл, содержащий устойчивую диссипативную структуру. Один из вариантов кластерной модели жидкости был также предложен Лесником И 1. Он рассматривает жидкость как систему, структурными элементами которой являются кристаллоподобные кластеры, совершающие броуновское вращательное движение, и отдельные атомы, заполняющие промежутки между ними. При этом переход жидкости в твердое состояние связан с прекращением вращательного движения кластеров. В рамках развития сиботаксической модели Баумом с сотрудниками , 1, 3 был предложен и развит квазихимический вариант микронеоднородного строения расплавов, в котором допускается возможность одновременного существования двух и более типов упорядочения с различной временной устойчивостью, связанного с энергетической неравноценностью разных межатомных взаимодействий. Оригинальный подход к структуре жидкости, предложенный Франком и развитый Берналом 4,5, основан на использовании элементов статистической геометрии. При таком подходе ближний порядок в жидкости существенно отличается от своего аналога в кристаллическом состоянии. Жидкость характеризуется свойствами упорядоченности движения частиц, однородности и нерегулярности структуры.