CC BY
122
На основании полученной модели возможно прогнозирование ожидаемых погрешностей внутренней сферической поверхности, что важно на этапе проектирования технологической операции и, в частности, при выборе станка с ЧПУ, режущего инструмента и режима фрезерования. Разработанная методика определения погрешности применима не только для процесса фрезерования внутренней сферической поверхности, но и для ее обработки точением, что делает модель более универсальной.
Для уменьшения погрешностей обработки внутренней сферической поверхности необходимо уменьшать подачу режущего инструмента в направлении осей x, y. Минимальное значение подачи лимитируется разрешающей способностью системы числового программного управления станка, используемого при обработке заготовки. Уменьшение погрешности достигается также выбором концевой фрезы с максимально возможным радиусом заточки режущих лезвий. Концевые фрезы с остро заточенными лезвиями характеризуются значительно большими погрешностями обработки внутренней сферической поверхности, вследствие чего они не рекомендуются к использованию при фрезеровании названных высокоточных поверхностей.
Работа представлена на Международной Интернет-конференции по металлургии и металлообработке, проведенной ТулГУ 1 - 30 июня 2011 г.
V.G.Gusev, N. V.Malov
KINEMATICS OF FORMATION OF THE INTERNAL SPHERICAL SURFACE AT PROCESSING ON THE MACHINE TOOL WITH CHPU
Modelling of errors of machining of an internal spherical surface on the multipurpose machine tool with numerical program control is resulted and ways of their reduction are planned.
Key words: an internal spherical surface, milling, a machining error, a cutting instrument, morphogenesis.
Получено 26.12.11
УДК 621.74: 669.14
Е.Г. Евдокимов, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-17-85, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ СПЛАВОВ Fе - Cr, Fе - Ni, Fе - V
Рассматривается строение расплавов системы Fe - Cr, Fe - Ni, Fe - V на атомно-электронном уровне. Установлено, что взаимодействие между металлом-растворителем и другими элементами происходит на всех электронных уровнях. Показано, что электронное состояние зависит от концентрации элементов в сплаве.
Ключевые слова: межатомная связь, ионизация, концентрация, температура, радиус атома, растворимость элементов, ядерное облако.
Диаграмма состояния сплавов Fe - Cr представлена на рис.1. На линии ликвидус ABD от точки А (1536 оС) до точки В (1626 оС), отвечающей
271
концентрации 46,6 % (вес.), атомы хрома находятся в ионизированном состоянии. Концентрации хрома 0.00365, 0.475, 2.304, 6.545 % (вес.) соответствует ионизация атомов хрома на уровне Сгя(ядро), Сгя'°(ядерное облако), Сг24+, Сг23+. С повышением концентрации хрома до 33.521, 36.196, 46.6 % (вес.) ионизация атомов хрома уменьшается до уровня Сг2+, Сг1+, Сг°. В точке В (1626 оС) атомы хрома и железа находятся в состоянии Сг°, Fe0, т.е. имеют нулевую ионизацию. На линии солидус АЕСD происходит образование твердой фазы с формированием ковалентных связей между атомами железа и хрома. По линии АЕ с понижением температуры идет процесс заполнения внешних электронных оболочек атома хрома 3d54s1 недостающими шестью электронами до конфигурации 3d104s2 за счет образования ковалентных связей с атомами железа [1, 2]. С присоединением электронов атом хрома приобретает отрицательный заряд Сг1-, Сг2-, Сг3-, Сг4-, Сг5-, Сг6-, ковалентный радиус атомов при этом растет до величины 1.336, 1.389,
о
1.426, 1.456, 1.479, 1.50 А. На линии солидус ЕС атомы железа переходят
1- 2- 3- 4- 5- 6-
из ионизированного состояния в ковалентное ге , ге , ге , ге , ге , ге с
о
радиусами, равными 1.35, 1.403, 1.441, 1.47, 1.493, 1.514 А, с образованием ковалентных связей между атомами железа и хрома. Ковалентное соединение геСг (ге6+Сг6-) образуется в интервале температур между линиями ЕС и Е’С (рис.1). Ниже линии солидус ЕС располагается а - фаза и химическое соединение железа с хромом геСг (а + ТеСг). При концентрации хрома в расплаве 76,94 % атомы железа ионизированы до уровня Те12+, при охлаждении расплава ниже линии солидус CD они образуют с атомами хрома химическое соединение ТеСг2 (ге12+Сг6-), поэтому в этой области находятся а-фаза и соединение железа с хромом (а + ТеСг2). В области АВ-СЕ находится жидкая фаза и из жидкой фазы выделяется твердая а-фаза (Ж + а), при этом атомы железа и хрома образуют ковалентные связи различной прочности. В области ВDC диаграммы, также находится жидкая фаза и твердая а-фаза, которая характеризуется ковалентными связями атомов железа и хрома в твердом растворе.
Образование металлической связи между атомами железа и хрома и формирование ОЦК -решетки железа происходит на линии QHB, между линией ликвидус АВD и линией солидус АЕСD диаграммы ге - Сг (рис.2). Атомы хрома переходят из ионизированного состояния на линии ликвидус АВ, в металлическое состояние (Сг0) с нулевым уровнем ионизации на линии QHB, при этом формируется ОЦК - решетка железа. Участок линии QH проходит ниже линии солидус и показывает образование металлической связи между разнородными атомами в твердом растворе [3-5]. Изменение межатомного расстояния между железом и хромом на линии ликвидус и солидус диаграммы состояния сплавов ге - Сг представлено на рис.3. На линии ликвидус АВD межатомное расстояние между железом и хромом
оо
увеличивается от 1,392 А в точке А до 2,638 А в точке В. На участке ВD происходит уменьшение межатомного расстояния между железом и хро-
о
мом до 1,246 А в точке D (1860 оС).
1800-
1600-
15Э6А
14С0Д
О1Э90
О -
1200-
§^1000-Ё910^ р '
8004
6004
р
400-
Ж
D
23+
ж:>^-
. Сг4+о2+о1^_В(16260
о-1-
^(02)
о2- о3- Р4-
^0,5ЭР/о
УР Т\
I ^ри(В1Э-)
Ри(4) I
Е
13410
VI - Ре
Хри(5) с-
+У-Ре ^ СГ (6-) ОИ(4)-Г^\^ -56СР ^''рИ-6)^^
т-СГи(0,05-)
а + РезСг
0
Рз
т
20
Ур1- ре12+о6-
а + Ре68 Сг6-
а+РеСг
Ри(0) 718Р
(У-Ре + РззСГ) К а + РеСг
РзСг„
а + РеСг,
2
2315
"| 46,6 ■ 1 69,25 76941
40 60 80
—► Сг, %(вес.)
186СР
С-6-
100
Сг
Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов Fe — Сг
Рис. 2. Образование металлической связи и ОЦК-решетки железа на линии QHB системы «Fe — Сг»
а
Р
а
а
Таким образом, на линии 1 (рис.3) наблюдается максимум, соответствующий концентрации 46,6 % (вес.) хрома и температуре расплава 1626 оС. На линии солидус AECD межатомное расстояние между железом
О
и хромом интенсивно растет от 1,392 до 2,466 А, что происходит в интервале концентраций 0,0036...7,3 % хрома и связано с переходом атомов хрома из ионизированного состояния в металлическое (Cr°) с нулевым уровнем ионизации. Далее до концентрации 46,6 % атомы хрома переходят из металлического состояния в ковалентное состояние Cr1-, Cr2-, Cr3-, Cr4-, Cr5-, Cr6-, межатомное расстояние при этом увеличивается до 2,548, 2,676;
О
2,75; 2,779; 2,851; 2,892 А (рис.3, линия 2).
С увеличением концентрации хрома более 69,25 % идет последовательное уменьшение межатомного расстояния между железом и хромом до
О
2,35 А , что соответствует концентрации 99,995 % хрома. Таким образом, между линией ликвидус и солидус системы Fe - Cr формируется ОЦК-решетка а - Fe. Металлические связи между атомами железа и хрома в твердом а-растворе могут действовать только до концентрации 7,3 % (вес.) хрома, при большей концентрации происходит образование ковалентных связей между разнородными атомами. При охлаждении твердого раствора ниже линии GSM происходит превращение у’ - Fe (у - Fe) в а-фазу.
Рис. 3. Изменение межатомного расстояния между железом и хромом на линии ликвидус (1) и солидус (2) системы «Fe - Сг»
При этом процессе идет переход атомов хрома из ионного состояния в ковалентное и металлическое состояние по следующей схеме: Сги
ООО
(3,07 А) ^ Сгк (1,499 А) + Сгме (1,246 А). На основе атомов хрома в ме-
О
таллическом состоянии Сгме радиусом 1,246 А образуется а-фаза, а на основе атомов хрома в ковалентном состоянии Сг6-, Сг5-, Сг4-, Сг3-, Сг2-, Сг1-образуется химическое соединение железа с хромом Fe3Cг ^е2Сг), что может происходить в области концентраций 23,15...46,6 % хрома. В твердом состоянии структура сплавов состоит из твердого раствора а-фазы и химических соединений железа с хромом Fe3Cг ^е2Сг), FeCг, FeCг2.
В системе «железо - никель» атомы никеля в расплаве, до концентрации 51,33 % находятся в ионизированном состоянии, ионизация атомов зависит от концентрации никеля. Изменение атомных характеристик железа и никеля в расплаве связано с изменением размерных параметров взаимодействующих атомов, в частности, радиуса атома. На основе расчета энергии электронных уровней атомов железа и никеля построена диаграмма состояния сплавов Fe - № (рис.4). На линии ликвидус АВD, атомы никеля и железа находятся в ионизированном состоянии. Температура при этом на линии АВ повышается от 1536 оС в точке А до 1548 оС в точке В. На линии BD температура понижается до 1455 оС в точке D. Линия соли-дус АЕСD характеризует конец перехода жидкой фазы в твердую. На линии солидус АЕ происходят образование и рост ковалентных атомов никеля, при этом на 3d-уровень присоединяются два электрона с образованием атомной конфигурации 3d104s2, что сопровождается увеличением радиуса атома. Отрицательный заряд атомов никеля при этом увеличивается до
О
1 - 2-уровня №" (1,333 А) при концентрации 31,182 % и до уровня № "
О
(1,386 А) при концентрации 51,331 % (ат.) никеля. Таким образом, на линии солидус АЕ атомы никеля переходят из ионизированного состояния с
О
радиусом 1,243 А в точке А (1536 оС) в ковалентное состояние с радиусом
О
1,386 А в точке Е (1468 оС), образуя при этом ковалентные связи с атомами железа за счет двух электронов. На линии солидус ЕСD ковалентный
О
2-
радиус атомов никеля № "(1,386 А) сохраняется неизменным, так как он характеризует образование твердой фазы. Ниже линии ликвидус АВD, по линии солидус АЕ и ковалентной линии ВС атомы никеля и железа образуют ковалентные связи различной прочности, в результате чего образуется твердая а-фаза, поэтому в области диаграммы АВСЕ и ВСD располагаются две фазы - жидкость и а-фаза (Ж + а).
Ж
Рис. 4. Диаграмма состояния сплавов Fe - N
Ниже линии солидус АЕСD (см. рис.4) атомы никеля переходят из
2-
ковалентного (№ ") в ионное состояние №и(1-), №и(2-), присоединяя при этом два электрона на 3d-уровень, что происходит по линии ЕК (51,331 %) при снижении температуры от 1468 до 1281 оС - №и(1-) и при снижении температуры до 1168 оС №и(2-). В точке К при температуре 358 оС атомы никеля находятся в твердом растворе в ионном состоянии №и(2-) с радиу-
О
сом, равным 2,442 А. Область диаграммы NEKG представляет собой твердый раствор ионов никеля в у-железе с ионными связями между атомами железа и никеля, что характеризует аустенит (А). Ниже линии солидус ЕСD образуется химическое соединение между атомами железа и никеля -FeNi ^е2+№2-), которое характерно для сплавов с концентрацией 51,33.63,54 % никеля и образуется по линии Е’С. При концентрации никеля около 73,14 % образуется химическое соединение FeNiз ^еб+№2-), что происходит на линии солидус СD при температуре 1464 оС. Формирование ОЦК-решетки железа происходит на линии QHB диаграммы состояния сплавов Fe - № (рис.5).
Ре
N % (аг.)
N
Рис. 5. Образование металлической связи и ОЦК-решетки железа на линии ОНЕ диаграммы состояния сплавов Fe - N
В точке Q (1518 оС) и на линии QHB атомы никеля находятся в металлическом состоянии (№°) с нулевым уровнем ионизации и образуют с атомами железа металлические связи и ОЦК-решетку [6]. Линия QHB пересекается с линией солидус АЕ в точке Н при концентрации 8,4 % никеля и температуре 1523 оС. Таким образом, образование металлической связи и формирование кубической решетки железа на линии солидус АНЕ происходит на участке АН, когда атомы никеля переходят из высоко ионизированного состояния №я (ядро), №я'° (ядерное облако) в точке - А в металлическое состояние (№) с нулевым уровнем ионизации в точке Н.
При охлаждении сплавов ниже линии QНВ происходит образование ковалентных связей между разнородными атомами за счет перехода атомов никеля из металлического в ковалентное состояние №°’5-, №1-, №1,5-, •2-
N по линии ВС и линии АНЕ на участке НЕ. Ниже линии КG происходит частичный распад аустенита с образованием а - фазы и химического соединения железа с никелем FeзNi ^е3°’бб+№2-), которое выделяется в области концентраций атомных величин никеля 47,6.51,331 %. Это превращение связано с переходом атомов никеля из ионного в металлическое и
о о
ковалентное состояние по следующей схеме: №и (2,442 А) ^ №к (1,386 А)
о
+ №ме (1,243 А). На основе атомов никеля в металлическом состоянии №ме
277
О
(радиус 1,243 А) образуется а-фаза, а на основе атомов никеля в кова-
О
лентном состоянии №к (радиус 1,386 А) образуется химическое соединение железа и никеля FeзNi. Изменение межатомного расстояния между атомами железа и никеля на линии ликвидус представлено на рис.6 (линия
1). Минимальное расстояние между атомами железа и никеля составляет
О
1,258 А при концентрации никеля 0,0046 %; с увеличением концентрации межатомное расстояние между железом и никелем также растет и достига-
О
ет максимального значения (2,501 А) в точке В при концентрации атомных величин никеля 51,331 % . При концентрации никеля более 51,331 % происходит процесс ионизации атомов железа и межатомное расстояние между разнородными атомами уменьшается. Изменение межатомного расстояния между железом и никелем на линии солидус показано на рис.6 (линия 2). На линии солидус АЕ в области концентраций 0,0046.8,4 %,
О
происходит рост расстояния между атомами железа и никеля от 1,258 А
О
при концентрации 0,0046 % до 2,478 А при концентрации атомных величин никеля 8,4 %, что связано с переходом атомов никеля из высокоиони-зированного состояния (№я, №яо) в металлическое состояние (№°) с нулевым уровнем ионизации.
С увеличением концентрации никеля более 8,4 %, на линии солидус
АЕ идет процесс перехода атомов никеля из металлического в ковалентное •1- •2-
состояние (№ ", № ") с увеличением периода ОЦК-решетки. Таким образом, между линией ликвидус ABD и линией солидус AECD диаграммы состояния сплавов Fe - № формируется ОЦК-решетка, характерная для а -железа. Формирование ГЦК-решетки у - Fe происходит ниже линии солидус АECD, когда атомы никеля переходят из ковалентного в ионное состояние и образуют ионные связи с атомами железа [7].
В системе «железо-ванадий» в расплаве, до концентрации атомных величин ванадия 48,75 %, находятся в ионизированном состоянии, которое определяется концентрацией компонентов. При концентрации атомной величины ванадия 0,0038; 0,125; 2,72; 2,86; 7,49; 8,12 %, атомы ванадия наТ тя Т тя.о Т 7-23+ Т 7-22+ Т 7-21+ Т 7-20 +
ходятся в высоко ионизированном состоянии V, V, V , V , V , V . С увеличением концентрации ванадия в расплаве до 26,51; 27,68; 29,19; 31,34; 35,266 %, ионизация атомов ванадия уменьшается до уровня У10+,
у8+, уб+, у4+, у2+. Атомы железа до концентрации 48,75 % не ионизирова-
0
ны и находятся в расплаве в состоянии нулевой ионизации ге с металли-
О
ческим радиусом, равным 1,26 А. С ростом концентрации ванадия в расплаве более 48,75 % происходит уменьшение радиуса атомов железа за счет их ионизации. Диаграмма состояния сплавов Ге - V представлена на
рис.7. На линии ликвидус АВD атомы ванадия и железа находятся в ионизированном состоянии. До концентрации 48,75 % атомы железа имеют нулевую ионизацию (Ге0) и образуют межатомные связи с ванадием за счет перекрытия электронных оболочек взаимодействующих атомов.
Рис. 6. Изменение межатомного расстояния (А) между железом и никелем на линии ликвидус (1) и линии солидус (2) системы «Fe - Ж»
2000-| 1800-
Ж р„24+ |=е2
22 + Гб -■
1+ Рб!^ГГ^Гэ--4+Гб'^ /V-
1600А
Ж + а
,л+ ..1+ V0(16б5РХ_Еб—-■
.. е—■ ............ а + ж , 1518° —1
^7-
D
1905°
V7-
V'-
V'-
0
Гб
40 60
------► V, % (ат.)
72,3 79,8
80
100
V
О
Рис. 7. Диаграмма состояния сплавов Fe - V
279
На линии солидус АЕСD атомы ванадия переходят из высокоиони-
УЯ Л тЯ.о
, V в металлическое состояние с нулевым уров-
о
0 1-2-нем ионизации (V ) и затем в ковалентное состояние V " (1,404 А), V "
о о о о о
(1,457 А), V3- (1,495 А), V4- (1,524 А), V5- (1,547 А), V6- (1,567 А), V7-
о
3 2
(1,585 А) с заполнением уровня 3d 4s недостающими электронами до конфигурации 3d 4s и увеличением радиуса атомов. При этом атомы железа и ванадия образуют ковалентные связи различной прочности, что определяется количеством электронов, присоединенных на 3d-уровень. На линии солидус ЕСD атомы ванадия имеют ковалентную конфигурацию электронов V7-, отвечающую образованию из жидкого раствора твердой а-фазы. В области АВСЕ из жидкой фазы выделяется твердая а-фаза, поэтому в этой области находятся жидкость и а-фаза (а + Ж). В области ВDC также находятся жидкая фаза и а-фаза (Ж + а). На линии солидус ЕС происходит образование ковалентного соединения атомов железа и ванадия FeV ^е7^7-) за счет перехода атомов железа в ковалентное состояние. Это соединение образуется в интервале температур между линией ЕС и линией Е’С при концентрации атомной величины ванадия 48,75.72,3 %. Высокотемпературная а-фаза с ОЦК-решеткой образуется по линии QHB, когда атомы ванадия переходят из ионизированного состояния на линии ликвидус АВ в металлическое состояние (V0) с нулевой ионизацией на линии НВ, при этом формируется ОЦК-решетка а-фазы (рис.8). Участок линии QH проходит ниже линии солидус АЕ и характеризует образование металлической связи между разнородными атомами и ОЦК-решетки железа уже в твердом растворе. Точка Q находится на температурном уровне 1515 оС, а точке Н соответствует температура 1532 оС и концентрация атомного вещества ванадия 6,5 %. Область диаграммы АHQ показывает переход атомов ванадия из высоко ионизированного состояния Vя (ядро), V™ (ядерное облако), V23, V22+ на линии ликвидус в металлическое состояние (V0) с нулевым уровнем ионизации на линии QH. Таким образом, формирование а-фазы с ОЦК-решеткой и металлической связи между атомами ванадия и железа происходит на линии QHB. При дальнейшем охлаждении сплавов ниже линии QHB идет процесс увеличения периода кубической решетки а-фазы за счет перехода атомов ванадия в ковалентное состояние с конфигурацией V -, V -, V -, V -, V -^ -, V - по линиям АЕ и ВС диаграммы состояния Fe - V.
Изменение межатомных расстояний между атомами железа и ванадия на линии ликвидус ABD и линии солидус АЕЕ,CD представлено на рис. 9.
Температура, о С
1900-
1800-
1700-
1600-|
1539
1515 _ 1500^1
1400-
1300-
Ж
„ х*+ - 01655°
11+У+^^^ В16-.. \Л
18+ у16+ч1:+=^»^г ^
N/“+¿0+^5^ а+Ж
Ре3:,"" Ж+ а
ре»
FeJ^/ V
/V-
у.
15180
0
Ре
V1- V2- У3-^-^- Е
Е
1356°
V7-
Ре7+У
Ре7^
V
V-
V
о.
А,/
0
к 1-
Ре.
5-Ре
(Ре3
Ре1
Ре2-
3-
а + РеУ
20
еб- Ре5 а+Ре7+У7-
^ ”48/75 Т
40 60
80
V, % (ат.)
19050
D
V7-
100
V
Рис. 8. Формирование ОЦК-решетки а-фазы на линии QHB системы «Fe - V»
Рис. 9. Изменение межатомного расстояния между железом и ванадием на линии ликвидус ЛЕВ (1), линии солидус АНЕЕ’СБ (2) и линии формирования ОЦК-решетки а-фазы QHB (3)
системы «Fe - V»
281
а
На линии ликвидус АВD в точке А расстояние между атомами же-
О
леза и ванадия составляет 1,435 А, достигая максимального значения в
О
точке В (2,574 А) при температуре 1655 оС (рис.9, линия 1). Изменение периода кубической решетки а-фазы на линии QHB показано на рис.9 (линия 3). На линии солидус АЕE,CD идет процесс формирования ОЦК-решетки а-фазы; на участке АН в интервале концентраций 0,0038.6,5 % (ат.) ванадия происходит интенсивный рост межатомного расстояния от
О О
1,435 А в точке А до 2,538 А в точке Н, при этом атомы ванадия переходят из высокоионизированного состояния Vя (ядро), ^'° (ядерное облако) в металлическое состояние (V0) с нулевым уровнем ионизации (рис.9, линия
2). В результате, в точке Н при температуре 1532 оС формируется ОЦК-
О
решетка а-фазы с периодом, равным 2,538 А. Далее при концентрации ванадия на линии АЕ более 6,5 % идет переход атомов ванадия из металли-
О
ческого состояния V0 (1,314 А) в ковалентное V1-, V2-, V3-, V4-, V5-, V6-, V7-с последовательным увеличением их радиуса до 1,457; 1,495; 1,524; 1,547;
О
1,567; 1,585 А, период ОЦК-решетки а-фазы растет при этом до 2,61;
О
2,672; 2,72; 2,74; 2,774; 2,845 А .
При охлаждении сплавов ниже линии солидус АЕСD атомы ванадия сохраняют ковалентную конфигурацию электронов V7- радиусом
О
1,585 А. Все процессы, происходящие в расплавах на атомно-электронном уровне, связаны с изменением радиуса атомов хрома, никеля и ванадия в системах <^е - Сг», <^е - №» и <^е - V» (рис.10). В системе <^е - Сг» ато-
О
му хрома радиусом 1,246 А с электронной конфигурацией 3p63d54s1 отвечает концентрация 48,36 % (ат.) хрома, однако ядру атома соответствует
О
концентрация 47,54 %, где радиус атома хрома равен 1,206 А, что свидетельствует о переходе одного электрона с 4s-уровня на 3d-уровень.
Таким образом, атомы железа, воздействуя на электронные оболочки атомов хрома, сжимают их, в результате формируется электронная кон-
О
фигурация атома хрома 3pб3dб радиусом 1,206 А. В системе <^е - V» ато-
О
му ванадия радиусом 1,314 А с электронной конфигурацией 3pб3d34s2 соответствует концентрация 49,17 % (ат.) ванадия, а ядру атома отвечает
О
концентрация 46,89 %, где радиус атома ванадия равен 1,199 А. В этой системе происходит еще большее воздействие атомов железа на электрон-
ные оболочки атомов ванадия, что приводит к переходу двух электронов с 4s-уровня на 3d-уровень с формированием электронной конфигурации
О
Зр1^5 радиусом 1,199 А (рис.10).
Рис. 10. Изменение радиуса атома ванадия, хрома и никеля в расплаве в системе «Fe — V», «Fe — Сг» и «Fe — Ш»
о
В системе <^е - №» атому никеля радиусом 1,243 А с электронной конфигурацией 3р 3d 4s соответствует концентрация 51,33 %, а ядру атома - 51,28 % (ат.) с радиусом атома никеля при этой концентрации
о
1,241 А. Практически, при взаимодействии атомов железа и никеля в расплаве электронная конфигурация атомов № сохраняется без изменения. Поэтому, чтобы получить область аустенита в более широком концентрационном интервале (у - Fe, у’ - Fe) в системе <^е - Сг» и <^е - V» необходимо воздействовать на атомы хрома и ванадия внешними факторами с
о
тем, чтобы перевести электронную конфигурацию Сг - 3pб3dб (1,206 А) ^
оо
3р<^^1 (1,246 А) и для ванадия V - 3р*^5 (1,199 А) ^ 3р*^^2
о
(1,314 А). В системе <^е - №» электронная конфигурация атомов никеля остается без изменения, что свидетельствует о слабом воздействии атомов железа на внешние оболочки атомов никеля.
Выводы
1. Металлические радиусы атомов элементов зависят от концентрации компонентов в расплаве, с изменением концентрации меняется межатомное взаимодействие и геометрические параметры атомов. Состояние «остова» атома, а также валентных электронов не является стабильным и претерпевает изменения, связанные с влиянием температуры, концентрации и других внешних воздействий, что влияет на волновые свойства электронов и соответственно на радиусы атомов.
2. Установлено, что атомы хрома, никеля, ванадия и железа в расплаве, выше линии ликвидус находятся в ионизированном состоянии (Меп). Степень ионизации атомов зависит от температуры и концентрации компонентов в расплаве.
3. Показано, что при охлаждении расплава ниже линии ликвидус атомы компонентов переходят из ионизированного состояния (Меп) в металлическое (Ме0) с нулевым уровнем ионизации, а затем в ковалентное состояние (Мек-), при этом формируется объемно-центрированная решетка (ОЦК-решетка) а-фазы. В твердой а-фазе атомы компонентов образуют ковалентные связи различной прочности, что определяется количеством связывающих электронов.
4. При применении разработанной методики расчета растворимости элементов в расплаве на основе их атомно-электронного строения, зависимости радиуса атомов от концентрации компонентов и расчета энергии электронных уровней атомов построены диаграммы состояния сплавов железа Fe - Сг, Fe - № и Fe - V.
Работа представлена на Международной Интернет-конференции по металлургии и металлообработке, проведенной ТулГУ 1 - 30 июня 2011 г.
Список литературы
1. Евдокимов Е.Г. Электронная структура и межатомные связи в железоуглеродистых сплавах // Литейное производство. № 4. 1999. С. 19 -20.
2. Осипов К.А. Нуклоны ядер в расчетах некоторых свойств атомов и молекул. М.: ЭЛИЗ, 2000. 28 с.
3. Евдокимов Е.Г., Баранов А.А., Вальтер А.И. Генезис электронной конфигурации в железоуглеродистых сплавах: монография. Тула: ТулГУ, 2004. 192 с.
4. Евдокимов Е.Г. Исследование межатомного взаимодействия и электронной структуры сплавов Fe - Сг. «Компьютерные технологии в соединении материалов»: сб. науч. трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2001. С. 173 - 178.
5. Евдокимов Е.Г. Диаграмма состояния сплавов «железо - хром». Научные основы решения проблем металлургических производств // Известия ТулГУ. 2002. Вып. 2. С. 74 - 80.
6. Евдокимов Е.Г., Кузьмин В.Н. Электронная структура расплавов системы «Fe - Ni». Научные основы решения проблем металлургических производств // Известия ТулГУ. 2002. Вып. 2. С. 81 - 85.
7. Евдокимов Е.Г. Электронное строение легированных сплавов железа: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 240 с.
E.G. Evdokimov
RESEARCH OF THE ELECTRONIC STRUCTURE OF ALLOYS FE - C, FE - NI,
FE - V
The composition of licvid sistem Fe - Cr, Fe - Ni, Fe - V alloys on the atom-electron level is considered. It has been found that the interaction between metal-solvent and other elements occurs on each electron level. It is shown that the electron state depends upon the concentration of the elements in the alloy.
Key words: atomic bonding, ionization, concentration, temperature, atom radius, solubility of elements, nuclear cloud.
Получено 26.12.11
УКД 669.131:621.78
К.В. Макаренко, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, (4832) 56-14-01, [email protected] (Россия, Брянск, БГТУ),
Е.А. Зенцова, инженер, коріїка. [email protected] (Россия, Брянск, БГТУ)
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОТЕРМИЧЕСКИ ЗАКАЛЕННОГО ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
Рассмотрено влияние легирующих элементов, таких, как N1 и Си, на прочностные и пластические свойства изотермически закаленного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Дополнительно изучено влияние режима термической обработки на особенности распределения структурных составляющих металлической матрицы в бейнитных чугунах.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, свойства, структура, состав, изотермическая закалка, бейнит.
В настоящее время бейнитный чугун с шаровидным графитом находит все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства благодаря оптимальному сочетанию механических, эксплуатационных и технологических свойств.
