Исследование кластерных структур в расплавах и их использование для совершенствования металлургических технологий

• Автор: Роготовский, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. КЛАСТЕРНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ 8 СУЩЕСТВОВАНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВАХ

1.1. Кластерные модельные теории жидких расплавов

1.1.1. Теоретическая модель сиботаксисов

1.1.2. Кластерная модель жидких расплавов

1.1.3. Квазикристаллическая модель

1.1.4. Теоретическая квазиполикристаллическая модель

1.2. Сфероподобные структуры углерода

1.3. Новая модификация углерода фуллерит и некоторые свойства фуллереноподобных образований

1.3.1. Фуллерит и некоторые свойства фуллереноподобных образований

1.3.2. Эндоэдральные и экзоэдральные фуллерены

Выводы к главе 1 и направления дальнейших исследований
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА В СРАВНЕНИИ С ДРУГИМИ ТИПАМИ ЧУГУНОВ
2.1. Сравнительный анализ основных свойств различных чугунов
2.2. Модифицирование и десульфурация технологические операции способствующие образованию шаровидного графита в структуре чугунов
2.3. Прогнозирование и оценка роли различных элементов при модифицировании железоуглеродистого расплава
2.4. Анализ механизмов образования высокопрочного чугуна и зарождение ШГ
Выводы к главе
3. МЕХАНИЗМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ
КЛАСТЕРНЫХ СТРУКТУР УГЛЕРОДА
3.1. Изучение поведения углерода при рассмотрении некоторых теоретических аспектов существования фуллеренов в железоуглеродистом расплаве
3.2. Изучение влияния некоторых элементов на изменение структуры чугуна и на углеродные кластеры
3.3. Иерархический принцип построения шаровидных включений графита и предполагаемый механизм модифицирования железоуглеродистого расплава на основе кластеров и сиботаксических групп углерода
3.4. Сравнительная характеристика известных и исследуемого механизмов образования шаровидного графита в чугунах
Выводы к главе 3
4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ 7 ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
4.1. Характер промышленных данных и анализ основных 7 математических параметров двух технологий по оптимизации состава литейного и передельного чугунов
4.2. Исследование технологических и теоретических особенностей 8 различных способов внепечной десульфурации чугуна
4.3. Определение алгоритма для расчета расхода магния в 6 зависимости от начального содержания серы в чугуне и сравнение оптимальных условий технологий внсдоменной десульфурации и модифицирования
4.4. Изучение влияния диаметра порошковой проволоки на 3 десульфурацию и модифицирование чугуна на шаровидный графит
Выводы к главе 4
Заключение
Библиографический список
Приложение 1
Приложение 2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Структурная упорядоченность жидкости характеризуется координационным числом числом ближайших частиц я и кратчайшим расстоянием г, а также средним размером кластеров. Выше перечисленные параметры как раз составляют первую координационную сферу. При смене состава или условий существования жидкости иногда тип упорядочения оценивают следующими за ближайшими координационными сферами г, и 2 по аналогии с упаковками в твердом состоянии о. При этом рассмотрении модель микронеоднородного строения внешне приобретает традиционные черты кристалличности, то есть имеется в виду тенденция упорядочения обусловленная симметрией силового поля атомов, составляющих данную жидкость. Рассмотрим как влияет какойлибо примесной компонент в рамках данной теории на устойчивость образуемого кластера или упорядоченной группировки в жидком железе рис. Наиболее интересным в роли примесного компонента будет углерод, так как в рамках квазикристаллической модели мы сможем предположить строение железоуглеродистых расплавов и понять их поведение. Согласно этой схеме атом углерода темный кружок образует группировку примесный кластер типа РехС выделен штриховой линией размер кластера не превышает нескольких координационных сфер. Подобная ситуация имеет место еще до плавления в твердой фазе. При плавлении интенсивно начинают разрываться связи типа 3 и 4. Связь нарушается лишь между двумя соседними атомами. Силы межчастичного взаимодействия при плавлении твердой фазы играют решающую роль в поддержании ближнего порядка в системе, так как пустое место атома занимает другой и связь восстанавливается. В результате плавления в системе образуются кластеры динамические пространственные ассоциации группировки атомов железа, размеры и время жизни которых обусловлены особенностями межчастичного взаимодействия типа 4. Рис. РеРе о. Одновременно с группировками железа существуют и качественно иные микрообласти примесных кластеров, ближний порядок которых формируется межчастичным взаимодействием между железом и примесью. В разбавленном растворе углерода в железе тип упорядочения таких кластеров близок к г. Поскольку эти кластеры образованы более прочными связями, они отличаются большей стабильностью во времени. Надо заметить, что устойчивые во времени кластеры возникают только благодаря примесям, так как при нагреве уже жидкого расплава начинают рушится, в первую очередь, связи РеРе и только при существенном перегреве рушатся связи РеС. Одним словом квазикристаллическая модель микронеоднородного строения удобна для рассмотрения жидких металлургических расплавов, их свойств и строения жидкого состояния вблизи температур кристаллизации. Квазиполикристаллическая модель развивается в работах В. И. Архарова, И. А. Новохатского, Г. С. Ершова и других 8. Данная модель рассматривает жидкий расплав как сочетание двух составляющих кластеров микрообъемов с упорядоченным расположением частиц, близких к таковому в кристалле и разделяющей кластеры разупорядоченной зоны с хаотическим и, как правило, более рыхлым расположением частиц. Кластеры и разупорядоченная зона непрерывно локально перерождаются друг в друга благодаря флуктуациям энергии, они короткоживущие. Эти составляющие системы являются термодинамически неустойчивыми, так как парциальная величина энергии Гиббса для кластеров оказывается выше среднестатистического уровня для всего расплава, а для разупорядоченной зоны ниже такового. Надо заметить, что относительно большие значения времени жизни кластеров все же показывают, что они не являются обычными термодинамическими флуктуациями плотности, время жизни которых 4с, представляют собой устойчивые, хотя и короткоживущие, образования. Интересен тот факт, что в рамках квазиполикристаллической модели, с повышением температуры доля кластеров уменьшается, а доля разупорядоченной зоны возрастает. Но при определенной температуре Трвз настает полное разупорядочение расплава, то есть кластеры разрушаются, а весь объем занимает разупорядоченная зона. Она на С превышает температуру плавления и для чистых жидких металлов примерно равна ,7. Ф физическое свойство металлического расплава плотность, текучесть, рассеивающая способность и др.