Моделирование процессов кристаллизации при затвердевании переохлажденного эвтектического расплава

• Автор: Дудоров, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 145 с. : ил. + Прил. (140с. : ил. )

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Образования зародышей при кристаллизации металлических расплавов

1.2. Теоретическое исследование процессов кристаллизации при глубоком переохлаждении многокомпонентных металлических расплавов.
1.3. Экспериментальное исследование процессов кристаллизации при глубоком переохлаждении многокомпонентных металлических расплавов.

1.3.1. Исследования процессов кристаллизации методом микрообъемов.

1.3.2. Исследования процессов кристаллизации на основе данных полученных при отжиге аморфных образцов.
1.3.3. Изучение характеристик аморфных лент, полученных при различных скоростях охлаждения.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО РАСПЛАВА С ЭВТЕКТИЧЕСКОЙ ФАЗОВОЙ ДИА1 РАММОЙ

2.1 Постановка задачи исследования
2.2. Интенсивность зародышеобразования при переохлаждении
расплава.
2.2.1. Термодинамический анализ зарождения кристаллов.
2.2.2. Скорость роста зародыша
2.2.3. Уравнение интенсивности образования зародышей.
2.2.4. Уравнения образования однокомпонентных зародышей.
2.3. Модель процесса затвердевания переохлажденного расплава.
2.3.1. Уравнения интенсивности зародышеобразования.
2.3.2. Уравнения скорости роста частиц новой фазы.
2.3.3. Уравнения распределения частиц по размерам.
2.3.4. Концентрация реагентов в расплаве.
2.3.5. Обсуждение математической модели.
2.4. Применение модели процесса затвердевания переохлажденного расплава к системе Лв,х.
2.4.1. Выбор физикохимических параметров процесса затвердевания
2.4.2. Обсуждение результатов расчета.
2.5. Заключение.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ЗАРОДЫШЕЙ НОВОЙ ФАЗЫ В ПЕРЕОХЛАЖДЕННОМ РАСПЛАВЕ
3.1. Влияние локальных изменений температу ры и концентрации на рост зародышей при сверхглубоком переохлаждении расплава.
3.1.1. Уравнения распределения концентрации компонентов.
3.1.2. Уравнение распределения температуры.
3.1.3. Рост зародышей новой фазы в системе .
3.2. Влияние локальных изменений концентрации компонентов вблизи поверхности растущего зародыша на процессы зародышеобразования в переохлажденном расплаве.
3.3. Влияние нестационарных явлений на процессы затвердевания переохлажденного расплава
3.3.1. Термодинамика образования зародышей в переохлажденном
металлическом расплаве.
3.3.2. Скорость роста зародыша.
3.3.3. Интенсивность образования зародышей.
3.3.4. Результаты расчетов и их обсуждение.
3.3. Заключение
ГЛАВА 4. Изучение затвердевания расплава с эвтектической диаграммой состояния при скоростном охлаждении на вращающемся барабане.
4.1. Математическое моделирование процесса охлаждение
расплава на медном барабане.
4.2. Математическое моделирование процесса кристаллизации расплава при охлаждении расплава на медном барабане. .
4.2.1. Расчет процесса затвердевания ленты.
4.2.2. Экспериментальная проверка полученных данных.
4.2.3. Влияние локальных изменений концентрации на протекание процесса затвердевания расплава.
4.3. Методика определения значений физикохимических параметров системы.
4.4 Заключение.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Интересные результаты для теории кристаллизации из расплава получены в работах ,. Так, в работе обнаружено, что при кристаллизации сплава Рец на первой стадии образуется почти чистое железо аРе, т. РеВ. Авторы обратили внимание на то, что такой процесс аналогичен кристаллизации из расплава, при которой должно установиться равновесие между образующимися мстастабильными фазами. Многостадийность процесса кристаллизации была также изучена рядом авторов для других систем на основе еВ . В работах , изучено влияние малых 0. ЛУ, Со, Сг, 1ЧЬ, Мо и Ее на кинетику кристаллизации доэвтектического аморфного сплава Ре8В5. Аморфные ленты базового и легированных сплавов толщиной мкм шириной мкм получали методом спинингования из расплава. Полученные ленты нагревали и рсзистометрически по началу снижения электросопротивления при непрерывном нагреве образца определяли температуру начала кристаллизации. По времени ожидания кристаллизации и по объему образцов определяли интенсивность зародышеобразования. На основе полученных экспериментальных данных вычисляли значения межфазного поверхностного натяжения кристалл аморфная фаза, для чего использовали гомогенное уравнение интенсивности зародышеобразования применительно к однокомпонентному расплаву. Анализируя полученные данные, авторы построили кривые зависимости интенсивности зародышеобразования от температуры. Результаты показали, что при введении растворимых добавок интенсивность зародышеобразования уменьшается, вследствие чего динамическая температура начала кристаллизации повышается и термическая стабильность увеличивается. На основе полученных данных авторы предположили, что подобным будет влияние растворимых примесей на кристаллизацию переохлажденною расплава. Таким образом, по результатам экспериментов на аморфной ленте был сделан прогноз характера протекающих в переохлажденных расплавах процессов. Подобные исследования по влиянию легирующих добавок на сплавы на основе РеВ были проведены и в ряде других работ . В работе были обобщены известные факты по кристаллизации аморфного сплава Ре. ХВХ при отжиге рис. На рис. Кмин, 2 Кмин, ля разных концентраций наблюдался различный механизм протекания кристаллизации первичная, II эвтектическая, III полиморфная. На рис. Ре,. Вх со скоростью 0. Кмин. На основе полученных данных авторы сделали прогноз фаз, образующихся при переохлаждении расплава Ре,. Вх . На равновесную диаграмму были нанесены линии метастабилыгых равновесий рис. Подобные попытки построения метастабильных диаграмм были сделаны и в ряде других работ, например ,. Анализируя экспериментальные результаты, полученные методом отжига аморфных сплавов, нужно отметить, что характер процессов кристаллизации аморфных лент и кристаллизации из расплава все же существенно отличается. Поэтому непосредственно судить о протекании процессов в переохлажденной жидкости на основе таких данных очень сложно, ля построения полной картины процесса необходимо создание теоретической модели, а экспериментальные данные можно использовать для оценки адекватности проведенных теоретических исследований. Кристаллизация стекол Ре,. В,ат. Анорфн. Крйст. РеРе,вг
Л Уато
1. Изучение характеристик аморфных лент, полученных при различной скорости охлаждения. Другим направлением исследования кристаллизации переохлажденных жидкостей является изучение различных свойств уже затвердевших материалов. Среди таких исследований необходимо выделить работу . V. Эксперимент показал, что с увеличением скорости охлаждения микротвердость увеличивается и достигает максимума при некоторой скорости далее начинается уменьшение значения микротвердости рис. Микроэлсктронограммы образцов, полученных с различной скоростью, показали, что при значениях скорости меньше сплав находится в кристаллическом состоянии, а при скорости больше у в аморфном. Таким образом, авторам удалось для выбранного сплава определить шгтервал значений скорости, требуемых для получения аморфного состояния, что является важной проблемой технологии получения аморфных металлических материалов. Рис.