Исследование особенностей структурных состояний расплавов железа с целью повышения эксплуатационных свойств твердого металла

• Автор: Гудов, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1 ВОЗМОЖНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ТВЕРДОГО МЕТАЛЛА ПОСРЕДСТВОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ РАСПЛАВА.

1.1. Взаимосвязь жидкого и твердого состояний металла

1.2. Микронеоднородность структуры расплава.

1.3. Равновесные и неравновесные структурные состояния металлических расплавов.

1.4. Характер структурных изменений в расплаве.

1.4.1. Релаксация неравновесного структурного состояния.

1.4.2. Структурные превращения в расплаве.

1.5. Обратимость структурных изменений в расплаве и изменение структуры расплава в условиях переохлаждения

1.6. Модель плавления и формирования структуры расплава.

1.7. Выводы и постановка задач исследования.
2. ВИСКОЗИМЕТРИЯ КАК МЕТОД ДИАГНОСТИКИ СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ РАСПЛАВОВ
2.1. Вязкость как структурночувствительное свойство расплава.
2.2. Параметры уравнения вязкого течения и структура расплава.
2.3. Методика исследования
2.3.1. Метод исследования.
2.3.2. Экспериментальная установка
2.3.3. Методика эксперимента
2.3.4. Расчет абсолютных значений кинематической вязкости.
2.4. Выводы к главе 2
3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ РАСПЛАВА ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА
3.1. Неоднозначность структурного состояния расплава чистого железа
3.2. Исследование влияния условий формирования на структурное состояние расплава чистого железа
3.3. Устойчивость структурных состояний расплава чистого железа
3.3.1. Устойчивость структурных состояний расплава чистого железа
в условиях перегрева
3.3.2. Устойчивость структурных состояний расплава чистого железа
в условиях переохлаждения и кристаллизации
3.4. Природа структурных состояний и устойчивости расплавов железа
3.5. Выводы к главе 3.
4. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ
4.1 Характер и тенденции изменения структурных состояний железоуглеродистых расплавов
4.1.1. Диапазон возможных структурных состояний.
4.1.2. Влияние режима плавления на структурное состояние железоуглеродистых расплавов
4.1.3. Тенденции изменений структурных состояний железоуглеродистых расплавов в условиях переохлаждения и кристаллизации
4.2. Влияние углерода на устойчивость структурных состояний
расплава чистого железа.
4.3. Природа структурных состояний и устойчивости железоуглеродистых расплавов.
4.4. Выводы к главе 4.
5 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ РАСПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА
5.1 Модифицирование структуры расплавов железа кальцием.
5.2. Повышение эффективности микролегирования путем воздействия на
структурное состояние расплава
5.2.1. Лабораторные исследования
5.2.2. Промышленное опробование
5.3. Повышение структурной однородности литых высоколегированных сталей.
5.4. Выводы к главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В ряде случаев авторы не столь категоричны [, ]: при интерпретации структуры упорядочений в жидкости говорится не о микрогруппировках из исходных кристаллических решеток, а о композиционном мотиве исходных кристаллических соединений, проявляющихся в близости парциальных координационных чисел и межатомных расстояний, в том числе для бинарного расплава о композиционном мотиве соответствующих кристаллических фаз на диаграмме состояния. Структурная и химическая неоднородность взаимосвязаны. В.И. Архаров предложил понятие внутренней адсорбции [] - явление возникновения и длительного сохранения концентрационной неравномерности распределения элементов под влиянием структурной неоднородности. Дефектные зоны имеют повышенный уровень свободной энергии, что обуславливает перераспределение примесей и легирующих добавок. В свою очередь, примеси могут влиять на микронеоднородность расплава, формируя кластеры сортового упорядочения. В работе [7] отмечается, что разработанные для твердых сплавов модели, предполагающие формирование под действием атома примеси так называемого «блока упорядочения» (по сути, того же кластера) вполне применимы и для жидкого состояния. Таким образом, мгновенное строение расплава можно представить в виде относительно упорядоченных микрообъемов (кластеры позиционного и сортового упорядочения) с относительно высокой плотностью, разделенных областями относительно неупорядоченного расположения частиц с пониженной плотностью. Структура расплава не является стационарной. Принадлежность частицы расплава к упорядоченной или неупорядоченной областям не является фиксированной и имеет в каждый момент времени вероятностный характер. С точки зрения корреляций, связывающих свойства расплава и твердого металла, большинство исследователей рассматривают в качестве причины не столько конкретную структуру ближнего порядка, сколько степень ее равновесности [1, 2]. Соответственно, один из путей повышения качества металла - реализация перед кристаллизацией равновесного структурного состояния расплава. Что такое «равновесное структурное состояние расплава»? Каковы его строение и свойства? Ответы на эти вопросы принципиальны как с точки зрения обоснования оптимальности воздействий при формировании расплава, так и с точки зрения понимания природы взаимосвязи строения и свойств жидкого и твердого металла [7]. В настоящее время под степенью равновесности расплава понимают, прежде всего, степень его микронеоднородности: большая микронеоднородность соответствует большей степени неравновесности расплава [2, 3]. Критерий равновесности состояния металлического расплава - его строение и свойства определяются не предысторией, а составом и параметрами состояния. Неравновесный расплав более упорядоченный, более микронеоднородный. Отличие неравновесного состояния от равновесного - меньшая энтропия и, соответственно, повышенная свободная энергия. В качестве отличительного признака неравновесных состояний называется нестабильность во времени значений свойств расплава [3, 4]. При этом в качестве характеристики микронеоднородности расплава рассматривается, прежде всего, наличие и величина кластеров сортового упорядочения. Для расплавов даже очень близкого состава фактически имеют место свои равновесные структурные состояния. Понятие «равновесное состояние расплава» является относительным. Неравновесные состояния расплава являются относительно устойчивыми. Для перевода расплава в равновесное состояние требуются дополнительные воздействия на расплав, в частности, значительный перегрев. Кристаллизация расплава из равновесного и неравновесного состояний приводит к различным свойствам твердого металла. Однако мнения о природе неравновесности существенно расходятся. В первом приближении, можно разделить существующие представления на две группы: в первом случае считается, что неравновесность имеет кинетическую природу [3, 4, 5,7]; во втором - термодинамическую [, ]. Сторонники кинетически обусловленной неравновесности в качестве конкретных причин выделяют: либо отставание скорости изменения микроструктуры расплава от скорости изменения термодинамических параметров [3,4, 5], либо активационный характер перехода из неравновесного состояния в равновесное [7].