CC BY
22
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1999г Вып.№7
УДК 621.745.56
Скребцов A.M.*
АНОМАЛИИ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ МИКРОСТРОЕНИЯ
С использованием классического уравнения Аррениуса проанализированы для расплавов железа зависимости их свойств (плотность, вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, эффективная температуропроводность) от обратной температуры. Найдены температуры полиморфного превращения микроструктуры жидкости в зависимости от ее перегрева над линией ликвидус. Результаты проведенного анализа могут быть использованы при разработке современной технологии термовременной обработки стали.
В трудах проф. И Г. Казанцева содержаться представления о микронеоднородности строения жидкого металлического расплава. В современной науке эти представления получили дальнейшее широкое развитие. Представления о микронеоднородном строении железоуглеродистого расплава и перемещениях атомов в нем интенсивно развиваются в металлургической науке с начала 60-х годов нашего столетия. Одной из первых в этом направлении является публикация И.Г. Казанцева [1], в которой он для твердой и жидкой стали вычислил продолжительность колебания атомов в равновесном состоянии при различных температурах металла. Он также нашел "пульсирующую скорость" перемещения атомов из одного в другое состояние. Вопросы зависимости свойств расплавов железа от температуры и гипотезы об их строении обсуждались также в монографии О.Т. Ростовцева [2]. а также в более ранних и поздних работах других авторов [3-6 и др.].
Возможности изменения микрорасположения атомов в жидких металлических расплавах дискутировались в журналах "Известия вузов. Черная металлургия" ('983: №№ 5,7,9) и Сталь (198!: №№ 910). Авторы постановочной статьи этой дискуссии [3] отмечают в заключении. "В настоящее время нет убедительных надежных доказательств в пользу того, что в жидких металлах происходят структурные переходы".
Однако, уже давно в известной монографии O.A. Есина и П.В. Гельд [4 - с. 211-212] утверждается, что для ряда металлов (Bi, Pb, Sn и т.д.) по экспериментальным данным обнаруживается вблизи температуры плавления "систематические отклонения"' от обычной зависимости кривых свойств (вязкость, теплоемкость, электропроводность). Авторы [4] отметили, что "в металлах наблюдаются явления, подобные ассоциации жидкостей". Аномальность поведения свойств металлических расплавов в зависимости от температуры подчеркивается также многими, но не всеми, авторами выше упомянутой дискуссии, опубликованной в московских журналах.
Поэтому задача настоящей работы состояла в том, чтобы проанализировать имеющиеся в литературе многочисленные данные по зависимости от температуры свойств железоуглеродистых расплавов (вязкость, плотность, электропроводность, поверхностное натяжение, эффективная температуропроводность) с целью поиска их аномалий. Такой анализ проведен в развитие работы И.Г. Казанцева [1]. Он полезен как при создании современной теории жидкого состояния металлов, так и разработке оптимальных режимов термовременной обработки стали (ТВО) для улучшения качества металлопродукции.
* ПГТУ, д-р. техн. наук, проф.
Современные представления о строении расплава
В настоящее время информацию о структуре жидкости (межатомные расстояния, число ближайших соседей атомов и их расположение вокруг центрального) получают путем изучения дифракции на ней рентгеновских лучей (см. напр. [5]). В условиях постоянных перемещений частиц под термином "структура жидкости" подразумевают наиболее вероятное расположение атомов вокруг произвольно выбранного центрального атома, усредненное во времени и пространстве.
К настоящему времени разработано несколько модельных теорий расплавленных металлов. Наибольший интерес для металлургов представляет квазихимическая модель строения расплавов Б. А. Баум с соавторами [6], которая качественно хорошо описывает процессы в жидких металлах, в том числе и в сталях. Согласно этой модели в бинарном или многокомпонентном расплаве из его частиц образуются зоны с определенным порядком в расположении атомов, так называемые кластеры, различного состава и различной устойчивости: металл-металл, металл-примесь 1, металл-примесь 2 и т.д. Кластеры плавают внутри зоны неупорядоченного расположения частиц. Частицы в жидкости участвуют в непрерывном колебательном и
7 10
трансляционном движении; время существования кластера (10" - 10" с) очень велико по сравнению с периодом колебательного движения частиц (1012 - 10"14 с). Последние цифры хорошо согласуются с более ранними результатами расчета И. Г. Казанцева [1].
С повышением температуры увеличивается размер зоны расплава с неупорядоченным расположением частиц и уменьшаются размеры кластеров. При определенной температуре наиболее вероятное расположение частиц в кластере может измениться подобно полиморфному превращению в твердом теле: более плотный гранецентрированный куб (г.ц.к.) — более рыхлый объемноцентрированный куб (о.ц.к.). Такая перестройка структуры жидкости проявляется в аномалиях зависимости ее свойство от температуры.
Определение температуры аномального изменения свойств расплава
Существуют различные способы определения структурных и других превращений в жидких металлах (см. напр. [7]). В настоящей работе для нахождения температурь! полиморфного превращения структуры жидкости провели математическую обработку опубликованных в литературе данных по:
а) зависимостям свойств расплавов от температуры, - вязкости г|, плотности с1, электропроводности 1/р и поверхностного натяжения а;
б) кривым охлаждения перегретых расплавов вплоть до температуры ликвидус сплава.
Обработку опытных данных производили следующим образом.
а) Все свойства жидких расплавов связаны друг с другом. Поэтому в настоящей работе мы полагали (также как и другие авторы), что зависимости различных свойств расплавов у от абсолютной температуры 1/Т выражаются однотипными уравнением Аррениуса [2, 4, 5 и др.]:
у=Л ехр (Е/ЯТ), (1)
где А - эмпирическая постоянная;
Е - энергия активации для соответствующего свойства, Дж/моль;
Я - универсальная газовая постоянная, Дж/моль-град.
Для единообразия вычислений мы рассматривали вместо электросопротивления р обратную ей величину 1/р, т.е. электропроводность металлических расплавов. В этом случае значения всех свойств расплавов (т|, с1, 1/р и ст) уменьшаются с увеличением температуры.
Используя десятичные логарифмы прологарифмировали выражение (1) и получили уравнение для любого свойства у:
^ у= ^ А + 0,4331 (Е/ЯТ) (2)
Из уравнения (2) видно, что в координатах и 1/Т опытные точки должны укладываться на прямую линию с тангенсом угла наклона к осям координат
\%а=ЪАЪЪ\-(Е/Я) (3)
Из уравнения (3) можно найти значение энергии активации процесса
£ = (Л/0,433(4) По всем имеющимся опытным данным построили зависимости в координатах и 1/Т. Схема этих зависимостей представлена на рис. 1. Из рисунка видно, что в координатах и 1/Т может быть либо два излома прямолинейных зависимостей при температурах Т] и Т2 (Рис. 1а) или один излом при температуре Т2 (Рис. 16). Мы считали, что в первом случае (Рис. 1а) при охлаждении расплава полиморфное превращение структуры жидкости начинается при Т] и заканчивается при Т2. Во втором случае оно протекает при температуре Т2. На рисунке отмечены участки прямых соответствующих энергиям активации изучавшихся процессов при повышенных (Е|), пониженных (Е2) и промежуточных (Е/) температурах. Из всех рассмотренных опытов по всем свойствам только в редких случаях можно считать, что Е1«Е2; эти значения, как правило относятся к чистым металлам. Величины энергий активаций оказались примерно такими же, как и опубликованные в литературе (см. напр. [8]).
И
' I
Рис. ! Схема зависимости логарифма свойств жидкого расплава (!§у) от обратной температур!.; (!/"! а - цва их:юмэ: 6 - один излом прямых на линейной зависимости.
Обнаружили, что примерно в 25-30 % случаев полиморфное превращение струглуры жидкости происходит не при одном значении температуры, а в некотором ее интервале. Оплачена тенденция, чем выше перегрев расплава над линией ликвидуса, тем чаще встречаются опыты с зависимостями между величинами вида рис. 1а.
При рассмотрении результатов опытов по расположению отрезков прямых на рисунках вида 1 а,б мы полагали, что после нагрева образца металла до максимальной температуры опыта Тт, при его охлаждении измеренные свойства у получены в условиях микроравновестного состояния структуры жидкости.
б) Для опубликованных в литературе кривых охлаждения металлических расплавов создана следующая расчетная методика их обработки [9]. Целью этой методики было определение эффективного коэффициента температуропроводности расплава а' и его аномального изменения при достижении определенной температуры. Суть этой методики заключалась в следующем.
Использовали решения дифференциального уравнения для передачи тепла (по аналогии с передачей вещества) из работы [10, с. 141] для тела конечных размеров со связующими границами - см. рис. 2. На этом рисунке на оси температур I величина ^ - начальная температура тела в момент времени т0; кривые 1,2,3 и т.д. относятся к распределению температуры в последовательные моменты Т0<Т1<Т2<Т3 и т.д. Считается, что на внешних границах тела (х=0 и х=1) температура поддерживается постоянной и равной нулю. Для этого случая расчетная формула имеет вид:
, . 4 ^ ( (2к +1) 2
Л *=0 V /
а ■х
эт
(2к + \)я I
(5)
где т - время от конца заливки расплава в форму, с; I - температура, °С; / - линейный размер тела, в котором происходит выравнивание температуры, см; а'- коэффициент эффективной температуропроводности металла, см2/с; х - координата, см; (см. рис. 2).
X0<Xi<X2<...X,c.
В работе [10] показано, что в формуле (5) можно ограничиться одним членом ряда, если вы по t]ше гея уеловие
г> 4,5 • КГ' (Ушг) (6)
Нетрудно показать, что для реальных отливок и слитков стали (а'~0,060 см2/с) условие (6) всегда выполняется и можно в формуле (5) ограничиться только первым членом ряда (к=0).
* - v.
r(xh г) = (4/л)-/>>ехр(-/й' r/f )-sm(x/l) (7)
Как отмечалось чыше. в решении уравнения (5) на внешних границах тела (х=0 и х-:1, см. рис.2) температура считается равной нулю. Для случая охлаждения и частичного затвердевания веществ мы считали, что е. точках х=0 и х=! поддерживается температура затвердевания i..
Возможность такого предположения можно обосновать следующими рассуждениями и опытными факторами.
а) Теплота затвердевания жидкости L значительно больше ее теплоемкости Ср. Поэтому выделяющаяся большая теплота кристаллизации тормозит охлаждение затвердевшего сплава и автоматически поддерживает на поверхности отливки температуру затвердевания t, или близкую к ней.
б) Решение задачи Стефана о промерзании влажного грунта выполнено в предположении постоянства температуры на поверхности тела. Полученное уравнение (закон квадратного корня) широко применяется для описания процессов затвердевания отливок и слитков в любых формах в начальный период их формирования. Следовательно, в этот период температура на поверхности затвердевающей отливки, очевидно, примерно постоянна, также как и для влажного грунта в упомянутой задаче.
В связи с изложенным, необходимо изменить в решении уравнения (7) условие связывания температуры на границе отливка-форма (точки 0 и 1 на рис. 2), т.е. считать, что в этих точках температура t равна не нулю, a t,. Поэтому уравнение (7) следует записать так
t(x, т) = (4/я)-/0-ехр(-/Га' г//2) sin(x/l)+h (8)
или, упрощая
t(x, r)-t, = (4/K)-t0-exp(-7f а' г//2) -sin(x/l) (9)
Если измерения производятся в одной точке, то в формуле (9) величины х и 8т(х/1) являются постоянными. Тогда соответствующие значения температур ^ Х2, 1>,. • Ъ и т.д. зависят только от времени хь х2, Хз, X; и т.д.
Запишем температуры в уравнении (9) для двух моментов времени ^ (первого) и 1 (любого ¡-го) и выражения разделим друг на друга, мы получим
Л-/, , я2-а'-т. я2 - а • т (10)
= ехр( 1 + р -)
Прологарифмировав и упростив выражение (10) имеем
( -и я2 (п)
= 0,4331^-.*'^- г,)
Из вьфажения (11) следует, что при справедливости принятых выше допущений в координатах ^[(^ - - гз)] и (Х| - X]), экспериментальные точки любой кривой охлаждения сплава должны укладываться на прямую линию с тангенсом угла наклона к осям координат
tga= 0,4331 (я2//2) • а' (12)
Из выражения (12) эффективная температуропроводность
а' = 0,234 !2- tga (13)
Как и в случае изучения физических свойств расплавов (г|, с!. 1/р, ст) ■температуропроводность при повышенных температу рах обозначили а), а при пониженных - а'
Результаты обработки опытов Температура полиморфного превращения структуры жидкости I перегрев расплша.
Выбор экспериментальных данных по свойствам расплавов (1]. с!, 1/'р, <з) и их кривым охлаждения может быть проведен двумя способами. В литературе в течение длителиюго времени при изучении строения свойств жидких расплавов авторы пытаются достичь либо высокой степени чистоты исходных материалов плавки или точного их химического состава, либо проводят исследование на реальных промышленных металлах. Мы придерживались в настоящем исследовании последнего варианта отбора опытных данных. Он имеет несомненно большее практическое значение, особенно в связи с разработкой способов улучшения качества металлопродукции за счет термовременной обработки расплава [6].
Для железоуглеродистых расплавов рассмотрели по публикациям различных авторов данные а) о вязкости расплавов (63 опыта) [3,8 (с. 62, 63, 162); 11 (с.255-257); 12, 13, 14]; б) плотности (103 опыта) [8 (с.62, 162); 15 - 18, 19]; в) электропроводности (7 опытов) [3]; г) поверхностном натяжении (14 опытов) [19], а также д) по кривым охлаждения расплава или его температуропроводности (15 опытов) [20,21].
Кроме температур полиморфных превращений структуры жидкости Т2 (или интервала превращений Т1+Т2 - см. рис. 1), в настоящей работе рассматривали температуру максимального нагрева жидкости Тт, К, ликвидус Тл, К, а также относительные температуры Т2/Т„ и Тт/Тл.
При обобщении опытных данных мы учли, что наибольшее количество опытов было проанализировано по плотности и вязкости расплавов. На рис. За для всех опытов по плотности и вязкости расплавов приведена относительная температура полиморфного превращения структуры расплава Т2/Тл в зависимости от относительного максимального его нагрева Тт/Тл. Из графика видно, что опытные точки по обоим свойствам хорошо согласуются друг с другом и укладываются на линейную пропорциональную зависимость между ними, которую можно выразить уравнением
Т2/Тл = 0,86 (Тт/Тл) + 0,09 (14)
На рис. 36 сплошная линия проведена для плотности и вязкости расплавов по обобщенному уравнению (14); аналогичные данные в виде отдельных точек нанесены на координатное поле по измерениям электропроводности расплавов, температуропроводности белого и серого чугуна, а также поверхностного натяжения. Как видно из рис. За и 36, опытные точки соответ-
ствующие полиморфным превращениям структуры жидких сплавов, вычисленные по изменениям их различных свойств с изменением температуры, хорошо согласуются друг с другом. Это свидетельствует об универсальном характере зависимостей рис. За и 36 и уравнения (14). Кроме этого, следует также отметить, что разработанная нами методика математической обработки кривой охлаждения расплава позволяет вычислить не только эффективные коэффициенты температуропроводности, но и найти температуры структурных превращений в жидкости. Последнее экспериментально сделать намного проще, по сравнению с измерениями зависимостей от температуры различных свойств жидкости (вязкость, плотность, электропроводность, поверхностное натяжение и т.д.).
¡'ис. 3 - Относительная температура полиморфного превращения структуры жидкости железоуглеродистых сплавов ТУТ, в зависимос ти от относительного максимального перегрева расплава над линией ликвидус Г„ Л.
Свойства, а) о - плотность; х - вязкость; б) Л - электропроводность чугуна; ■ - температуропроводность серого и н - белого чугуна; * - поверхностное натяжение серого чугуна и + - углеродистой стали.
Нами, также изучался случай полиморфных превращений структуры жидкости в интервале температур ТгТ2 (см. об этом в работе [22]).
Проанализируем уравнение (14). Рассмотрим следующие два случая.
а) Предположим, что полиморфное превращение структуры железоуглеродистого расплава происходит при температуре ликвидус, т.е. при Т2/Т„=1. Тогда из уравнения (14) получим, что Тт/Тл=1,058, т.е. максимальный перегрев расплава над линией ликвидус составляет ~ 5,8 % или для стали ~ 100-110 °С. Во многих случаях практики производства стали такая величина перегрева расплава не всегда достигается в обычных плавильных агрегатах. Это означает, что металл выплавленный по такой технологии может совсем не иметь полиморфных превращений при его охлаждении до начала затвердевания.
б) Из уравнения (14) и рис. За и 36 следует, что величины Тт/Тл и Т2/Т„ в различных опытах различны. Поэтому в различных опытах различен интервал температур, в котором не происходит структурного превращения жидкости и его можно назвать интервал "структурного переохлаждения". Величину этого интервала можно найти, если левую и правую части равенства (14) вычесть из отношения Тт/Тл. После необходимых преобразований получили
Тт- Тг = 0,14 Тт- 0,09 Тп (15)
Так, например, для стали с 0,4 % С при Тл= 1784 К и перегрева Тт - Т;, = 189 К величина "структурного переохлаждения" по формуле (15) равна 116 К или оно происходит при перегреве над линией ликвидус 189 - 116 = 73 К.
Энергии активации полиморфного превращения структуры жидкости
Из перечисленных выше опытных данных сделали выборки по группам сплавов. На рис. 4 представлены величины энергии активации процессов для плотности расплавов железа (а), вязкости (б) и поверхностного натяжения (в). На рис. 4а сплавы 1+4 содержат соответственно (0,003+0,009 % примесей); (0,1 + 1,0 % С); (2,0+3,0 % С) и >3,0 % С. На рис. 46 сплавы содержат соответственно <0,003 % О; (0,003+0,009 % О); (3,0+4,5 % С) и легирующие компоненты сталей. На рис. 4в сплав 1 - обычная углеродистая сталь, а сплав 2 - чугун с 3,0 - 4,5 %. Из рис. 4а и 46 видно, что в зависимости от состава сплава энергии активации Е при повышенных (о) и пониженных (х) температурах обнаруживают примерно одинаковый качественный характер зависимостей для разных сплавов, сильно различаясь количественно. Для поверхностного натяжения (рис. 4в) обнаружили, что в стали (сплав 1) величины Е^Ег, а в чугуне (сплав 2) значение Е2»Е!. Для электропроводности чугунов Е^ 1,8, а Е2=9,8 кДж/моль. Из рис. 4 видно, что состав сплава заметно влияет на энергии активации различных процессов.
ткАж ■МОЛЬ
a
9
.о
/
Ы3
"ч
F &А>&
I— МЛ Л L.
t
\
>'Ч
5
Г кЛж
МСМЬ
У
8
ад
и сидсЛ
—~у сп/шо
СП/tao
Рис. 4 - Энергия активации F. в жидких расплавах железа для процессов плотности (а), вязкости (6) и поверхностного натяжения (в).
Обозначения точек: о - Е, (повышение температуры; х - Е; (понижение температуры). Цифры у точек - количество опытов. Описание сплавов - см. по тексту .
Вычисленные средние значения энергии активации Е кДж/моль были следующими:
Плотность Вязкость Поверхностное на- Электропроводность
тяжение
Е, 6,69 24,70 8,97 11,8
Е2 3,95 43,43 21,78 9,8
Из литературы известно, что при общем числе молекул в системе N0 их доля NE/N0 с энергией активации Е или больше, т.е. активированных или участвующих в различных превращениях или реакциях, может быть вычислена по уравнению:
NE/N0=exp(-E/RT) (16)
Расчеты по формуле (16) показывают, что при Т=1500 К величина NE/No для повышенных температур (т.е. при Е]) и пониженных (при Е2) составляет:
Плотность Вязкость Поверхностное Электропроводность
натяжение
NE/N0(npHE,) 0,59 0,14 0,49 0,39
Ne/Nq (при Е2) 0,73 0,03 0,18 0,46
Приведенные цифры показывают, что наибольшая доля активированных молекул наблюдается в процессах изменения плотности расплава (0,59 и 0,73), а наименьшая - в процессах вязкости (0,14 и 0,03). При более высокой температуре, например, при 1850 К доля активированных молекул (^/N0) увеличивается ~ на 5-Н 5 %.
Анализ величин энергий активации при повышенных (Е]) и пониженных (Е2) температурах, а также доли активированных молекул показывает следующее. Для процессов плотности и электропроводности Е2<ЕЬ т.е. вблизи температуры плавления растет число активированных молекул, которые способствуют упорядочению расположения атомов в структуре жидкости. Это приводит к повышению плотности расплава и уменьшению рассеяния электронов проводимости на колеблющихся частицах, т.е. к повышению электропроводности расплавов. Наоборот, для вязкого течения и поверхностного натяжения Е2>ЕЬ т.е. при пониженных температурах число активированных молекул уменьшается в 3-5 раз. В этом случае возникает предкри-сталлизационное состояние жидкости [4], которое приближает ее к переходу в твердое состояние с усилением связи между частицами.
Из рис. За и 36 следует, что чем больше перегрев расплава Тт/Тл тем больше температура полиморфного превращения структуры жидкости Т2/Тл. Возникает вопрос, до каких оптимальных температур следует нагревать железоуглеродистый расплав при его термовременной обработке. Для ответа на этот вопрос мы рассматривали энергию активации Е изучавшихся процессов. В одном и том же опыте величины Е] и Е? могут колебаться от разных причин, - чистоты сплава, его химического состава и т.п. Поэтому в работе изучали отношение Е;/Е2 в зависимости от величины перегрева сплава Тш/Тл - см. рис. 5а для плотности расплава и рис. 56 - для вязкости. Из рисунка видно, что в обоих случаях есть экстремум свойств при значении Тп/Т'я « !.140^-1.175. В этом интервале отношение Е]/Ег менее всего отличается от единицы. Очевидно, в пределе при Е,«Е2 высоко- и низкотемпературные структуры расплава полностью идентичны друг другу.
Рис. 5 - Отношение энергий активации процессов при повышенных (Е,) и пониженных температурах (Е2), т.е. Hi/Ei, в зависимости от относительного максимального перегрева железоуглеродистого сплава (Тт/Тл) для плотности (а) и вязкости расплава (б).
Слева от экстремума кривых рис. 5а и 56 при нагреве расплава от начальной температуры Тт/Т„=1 структура жидкости постепенно изменяется от микронеоднородной в сторону более
микрооднородной (объем промежуточной зоны расплава увеличивается, а размер кластеров уменьшается до минимума).
Справа от экстремума кривых рис. 5а и 56 при дальнейшем нагреве расплава, вероятно, в нем происходят процессы, уменьшающие его микрооднородность и возможна даже тенденция к частичному расслоению его компонентов. При охлаждении такого перегретого расплава благоприятное микрооднородное строение его может не восстановиться из-за недостатка времени и качество готовой металлопродукции может ухудшиться.
Таким образом, значение Тт/Тл» (1,140+1,175) в экстремумах кривых рис. 5а и 56 являются наиболее оптимальными для структуры жидкого металла. Для проверки этого положения по данным работы [6] вычислили для различных марок стали приблизительно оптимальный перегрев расплава Тт/Тл при его термовременной обработке. Он составил для стали XI2 - 1,100 (с.134); стали Р6М5 - 1,180 (с. 142); стали 10Х23Н18 - 1,190 (с.163) и стали 80Х20НС - 1,200 (с. 178). Как видно, приведенные значения перегрева расплава над линией ликвидус в практике термовременной обработки расплавов хорошо согласуются с данными рис. 5а и 56.
Таким образом, представления И. Г. Казанцева о том [1 ], что "жидкие тела в своем строении имеют дефекты в виде некоторой доли кристаллических ячеек, не заполненных частицами", в настоящее время получили дальнейшее развитие в кластерной теории строения жидких металлов с аномальным изменением их свойств при достижении определенной температуры, а также в практике термовременной обработки расплавленной стали.
Выводы
1. Представления И.Г. Казанцева о микронеоднородности жидких сплавов железа получили дальнейшее развитие в современной теории строения металлических расплавов и разработке научных основ термовременной обработки стали.
2. Обработка большего числа опубликованных р. литературе кривых по изучение скойстг» расплавов (плотность. вязкость, мектропрооо/шость, поверхностное натяжение) с помощь;«' кдассическо! о уравнения Аррениуса показала, что в координат ал. - логарифм свойс i в;; - обратная темпераivna. - точки ложатся на прямые с двумя или одним ихюмом. Точки пересечения отрезков прямых, вероятно, свидетельствуй i о полиморфном превращении структуры жидкости при одной температуре 'Г2 или в интервале температур Ti+T;, По наклон)' прямых к осям координат вычислили энергии активации процессов для повышенные (Е-) и пониженных температур (Б3).
3. Разработана расчетная методика определения температуры полиморфного превращения структуры жидкости по кривым охлаждения металлического расплава, что значительно проще выполнить экспериментально, по сравнению с измерениями других свойств вещества.
4. По всем изучавшимся свойствам экспериментальные точки однозначно указывают на одну и ту же пропорциональную линейную связь между относительным температурами нагрева расплава Тт/Тл и точкой полиморфного превращения структуры жидкости Т2/Тл (Тл - ликвидус сплава, К). Найдено уравнение этой связи:
Т2/Т=0,8Ь(Тт/Тл) + 0,09
5. Установлено, что существует оптимум перегрева жидкого железоуглеродистого расплава над линией ликвидус для подготовки его к термовременной обработке. При оптимуме значение отношения Ei/E2 меньше всего отличается от единицы, т.е. структура расплава приближается ближе всего к микрооднородному состоянию. Оптимум перегрева соответствует значению величины Тт/Тл = 1,140+1,175. Эти цифры подтверждаются опытными данными, опубликованными в литературе.
Перечень ссылок
1. Казанцев КГ. Основные вопросы кинетической теории жидкой и твердой стали // Производство и обработка стали: Сб. науч. трудов Жд.мет. института. - Харьков, 1960. Вып.6 - С. 5-12.
2. Ростовцев С.Т. Теория металлургических процессов. - М.: Металлургиздат, 1956.- 516 с.
3. Островский О.И., Григорян В.А. О структурных превращениях в металлургических расплавах // Изв. вузов. Черн. металлургия. - 1985. - № 5,- С.1-12.
4. Есин O.A., Гелъд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов, ч. 2-я. -Свердловск-Москва: Металлургиздат, 1954. - 606 с.
5. Еланский Г.Н. Строение и свойства металлических расплавов. -М.: Металлургия, 1991. - 160 с.
6. Жидкая сталь / Баум Б.А., Хасин Г.А., Тягунов Г.В. и др. - М.: Металлургия, 1984,- 208 с.
7. Физико-химические методы исследования металлургических процессов / Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Крашенинников М.Г. и др. -М.: Металлургия, 1988.- 511 с.
8. Вертман A.A., Самарин A.M. Свойства расплавов железа.. - М.: Наука, 1969. -280 с.
9. Скребцов А.М, Секачев А. О. Кривая охлаждения металлического расплава как источник информации о его температуропроводности и изменении строения охлаждающейся жидкости // Процессы литья. - 1997.-№ 1.-С. 3-13.
10. Болтакс Б.И. Диффузия в полупроводниках. -М.: Физматгиз, 1961.- 462 с.
11. Арсентьев П.П., Коледов Л.А. Металлургические расплавы и их свойства. - М.: Металлургия, 1976.-376 с.
12. Авалиани М.И., Катан A.B., Крутько М.Ф., Вашуков H.A. Вязкость сплавов железа с углеродом /'' Изв. вузов. Черн. металлургия. - 1977. -№ 2.- С. 123-126.
13. Ершов Г.С., Касаткин A.A. Влияние легирующих элементов на вязкость жидкого железа и сгялей " Изв. вузов. Чеон. металлургия. - 1976,- № 4. - С. 141-146.
\и \ и( öi lorn // l ' / // hiлов Б. Ф. Влияние различных добавок на
N е ч, \ f , I - т а е тезе //Металлы. - 1975.-№ 2. - С. 176-1 79.
i ,с « et I i- тс , t 1 'I ».(г-оение расплавов железа / Еланский J'.К.
) я д} »' » >( *\д 1 металлургия. - 1975.- № 3. - С. 71-75. i , 1 >*,' f-ffii ^t^iM сплавов Fe-C, Ni-C. Co-C в жидком со
1 ^ ) и > t Ф., Зюзюков Д.Е. // Гамма-мет о-т. в метал-
- к - <• *<■ V !' СО, 1981,-С.99-109.
7 /« < I j'" г » > «it »t " >» 1Г\ыурные изменения железа и сплавов жсле-■ ч > Ч г " о , ■ ' t и I 'А - Хц 9. - С. 10-15.
'»< .»«/1 (' 1 • ( амыг th I \' (Vi 6 i ит 1 г Ш\1_№ния плотности расплавов металл-углерод /'/Физико-химические основы производства стали. - М.: Наука, 1968.- С.3-9.
19. Андронов В.В., Чекин Б.В., Нестеренко С В. Жидкие металлы и шлаки. - М.: Металлургия, 1977,- 128 с.
20. Schaum J.H. Convection currets in gray cast iron // Foundry. - 1947. -Vol 75, № 9.- F. 65-69, 192, 194,198,200.
21. Рабинович Б.В. Экспериментальное исследование затвердевания отливок из белого чугуна и определение размеров боковых прибылей // Затвердевание металлов. - М., 1958. -С. 428-445.
22. Скребцов A.M. Структурные изменения в железоуглеродистых расплавах и возможности оптимизации режимов их термовременной обработки // Процессы литья. - 1998. - № 2. - С. 3-11.
Скребцов Александр Михайлович. Д-р техн. наук, проф. кафедры литейного производства, окончил Московский институт стали и сплавов в 1953 году. Основные направления научных исследований - исследование металлургических процессов с помощью метода радиоактивных изотопов; изучение и разработка теории и способов улучшения качества, снижения себестоимости металла слитков и отливок при их производстве.
