CC BY
3
https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-2-29-31 Поступила 20.03.2024
УДК 621.745.35 Received 20.03.2024
СТРУКТУРНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПЕРЕПЛАВКЕ ЛИТЕЙНЫХ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ
Е. И. МАРУКОВИЧ, В. Ю. СТЕЦЕНКО, Ассоциация литейщиков и металлургов Республики Беларусь, г. Минск, Беларусь, ул. Я. Коласа, 24. E-mail: [email protected]
А. В. СТЕЦЕНКО, МОУВО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, Беларусь, пр. Мира, 43
Разработан наноструктурный механизм структурной устойчивости при переплавке литейных бинарных сплавов. Этот механизм определяется устойчивостью центров кристаллизации микрокристаллов а- и ß-фаз. Показано, что эта устойчивость зависит от концентрации адсорбированных атомов водорода и кислорода. Чем выше эти концентрации, тем менее устойчивы центры кристаллизации микрокристаллов а- и ß-фаз в расплавах литейных бинарных сплавов и наоборот. При увеличении перегревов и (или) времен выдержки расплавов литейных бинарных сплавов в них повышаются концентрации адсорбированных атомов водорода и кислорода. В результате снижается структурная устойчивость при переплавке литейных бинарных сплавов.
Ключевые слова. Структурная устойчивость, бинарные сплавы, переплавка, нанокристаллы, центры кристаллизации, адсорбция.
Для цитирования. Марукович, Е. И. Структурная устойчивость при переплавке литейных бинарных сплавов / Е. И. Ма-рукович, В. Ю. Стеценко, А.В. Стеценко // Литье и металлургия. 2024. № 2. С. 29-31. https://doi.org/ 10.21122/1683-6065-2024-2-29-31.
STRUCTURAL STABILITY DURING REMELTING OF FOUNDRY BINARY ALLOYS
E.I. MARUKOVICH, V. Yu. STETSENKO, Association of Foundrymen and Metallurgists of Belarus,
Minsk, Belarus, 24, Ya. Kolas str. E-mail: [email protected]
A. V. STETSENKO, Belarusian-Russian University, Mogilev, Belarus, 43, Mira ave.
A nanostructural mechanism of structural stability during remelting of foundry binary alloys has been developed. This mechanism is determined by the stability of the centers of crystallization ofmicrocrystals of a-phases and в-phases. It is shown that this stability depends on the concentration of adsorbed hydrogen and oxygen atoms. The higher these concentrations, the less stable the centers of crystallization of a-phase and в-phase microcrystals in melts offoundry binary alloys, and vice versa. With an increase in overheating and (or) the holding time of melts offoundry binary alloys, the concentrations of adsorbed hydrogen and oxygen atoms in them increase. As a result, structural stability decreases during the remelting of foundry binary alloys.
Keywords. Structural stability, binary alloys, remelting, nanocrystals, crystallization centers, adsorption.
For citation. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Structural stability during remelting offoundry binary alloys. Foundry production and metallurgy, 2024, no.2, pp. 29-31. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-2-29-31.
При невысоких перегревах и (или) малых временах выдержки расплавов литейных сплавов наблюдается эффект структурной наследственности между получаемыми и шихтовыми переплавляемыми отливками [1, 2]. Эффективность структурной наследственности при литье сплавов определяется концентрацией центров кристаллизации, которые сохраняют стабильность при температурах выше температур ликвидуса [2, 3]. Эта стабильность определяет структурную устойчивость при переплавке литейных сплавов.
Будем рассматривать бинарные сплавы, состоящие из компонентов А и В. Бинарные литейные сплавы (БЛС) в основном кристаллизуются с образованием эвтектики. При этом основными структурными составляющими БЛС являются первичные микрокристаллы а-фазы (амкп ) и Р-фазы (Рмкп ), эвтектические микрокристаллы а-фазы (амкэ ) и Р-фазы (Рмкэ ) .
При плавлении, больших перегревах и временах выдержки расплавов БЛС амкп распадаются на элементарные нанокристаллы компонента А (Аэнп1) и компонента В (Вэнп1), свободные атомы компонента А (Аап1 ) и компонента В (Вап1) [4].
30
FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY 2 2024
Процесс кристаллизации амкп является наноструктурным и происходит следующим образом [5]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (аснп ) по реакции:
Аэнп1 + Аап1 + Вэнп1 + Вап1 = аснп . (1)
Затем образуются центры кристаллизации (ацкп) по реакции:
аснп + Аап1 + Вап1 = ацкп . (2)
Заканчивается процесс кристаллизации амкп по реакции:
ацкп +аснп + Аап1 + Вап1 =амкп . (3)
При невысоких перегревах и (или) малых временах выдержки расплавов БЛС амкп распадаются в соответствии с реакцией, обратной (3). При увеличении перегревов и (или) времен выдержки расплавов БЛС в них повышаются концентрации атомов водорода и (или) кислорода [6]. Растворенные в расплавах БЛС атомы водорода и (или) кислорода адсорбируются ацкп до определенной, критической концентрации. При ее превышении происходит распад ацкп по эффекту Ребиндера. При этом если адсорбируются атомы водорода, то распад ацкп происходит по следующей реакции:
{н} {н} аснп + аснп + Аап1 + Вап1, (4)
где {Н} - адсорбированные атомы водорода.
Если адсорбируются атомы кислорода, то распад ацкп происходит по реакции:
{О} {О} аснп + аснп + Аап 1 + Вап1,
где {О} - адсорбированные атомы кислорода.
При плавлении, больших перегревах и временах выдержки расплавов БЛС амкэ распадаются на элементарные нанокристаллы компонента А (Аэнэ1) и компонента В (Вэнэ1) , свободные атомы компонента А (Ааэ1) и компонента В (Ваэ1) [4].
Процесс кристаллизации амкэ является наноструктурным и происходит следующим образом [5]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (аснэ ) по реакции:
Аэнэ1 + Ааэ1 + Вэнэ1 + Ваэ1 = аснэ . (6)
Затем образуются центры кристаллизации (ацкэ ) по реакции:
аснэ + Ааэ1 + Ваэ1 = ацкэ . (7)
Заканчивается процесс кристаллизации амкэ по реакции:
ацкэ + аснэ + Ааэ1 + Ваэ1 = амкэ . (8)
При невысоких перегревах и (или) малых временах выдержки расплавов БЛС амкэ распадаются в соответствии с реакцией, обратной (8). При увеличении перегревов и (или) времен выдержки расплавов БЛС в них повышаются концентрации атомарного водорода и (или) кислорода [6]. Растворенные в расплавах БЛС атомы водорода и (или) кислорода адсорбируются ацкэ до определенной, критической концентрации. При ее превышении происходит распад ацкэ по эффекту Ребиндера. При этом если адсорбируются атомы водорода, то распад ацкэ происходит по реакции:
{Н} = {Н} а снэ + аснэ + Ааэ1 + Ваэ1 (9)
Если адсорбируются атомы кислорода, то распад ацкэ происходит по реакции:
{О} {О} аснэ +а снэ + Ааэ1 + Ваэ1
(10)
При плавлении, больших перегревах и временах выдержки расплавов БЛС Рмкэ распадаются на элементарные нанокристаллы компонента А (Аэнэ2 ) и компонента В (Вэнэ2 ) , свободные атомы компонента А (Ааэ2 ) и компонента В (Ваэ2 ) [4].
Процесс кристаллизации Рмкэ является наноструктурным и происходит следующим образом [5]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (вснэ ) по реакции:
Аэнэ2 + Ааэ2 + Вэнэ2 + Ваэ2 = Рснэ . (11)
Затем образуются центры кристаллизации (вцкэ ) по реакции:
Рснэ + Ааэ2 + Ваэ2 = Рцкэ . (12)
Заканчивается процесс кристаллизации Рмкэ по реакции:
Рцкэ + Рснэ + Ааэ2 + Ваэ2 = Рмкэ . (13)
При невысоких перегревах и (или) малых временах выдержки расплавов БЛС Рмкэ распадаются в соответствии с реакцией, обратной (13). При увеличении перегревов и (или) времен выдержки расплавов БЛС в них повышаются концентрации атомов водорода и (или) кислорода [6]. Растворенные в расплавах БЛС атомы водорода и (или) кислорода адсорбируются Рцкэ до определенной, критической концентрации. При ее повышении происходит распад Рцкэ по эффекту Ребиндера. При этом если адсорбируются атомы водорода, то распад Рцкэ происходит по реакции:
|Н)Рцкэ = |Н)РСнэ +Рснэ + Ааэ2 + В^ . (14)
Если адсорбируются атомы кислорода, то распад Рцкэ происходит по реакции:
|0}Рцкэ = |0}Рснэ +Рснэ + Ааз2 + В^ . (15)
При плавлении, больших перегревах и временах выдержки расплавов БЛС Рмкп распадаются на элементарные нанокристаллы компонента А (Аэнп2 ) и компонента В (Вэнп2 ) , свободные атомы компонента А (Am2 ) и компонента В (Вап2 ) [4].
Процесс кристаллизации Рмкп является наноструктурным и происходит следующим образом [5]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Рснп ) по реакции:
Аэнп2 + Аап2 + Вэнп2 + Вап2 = Рснп . (16)
Затем образуются центры кристаллизации (вцкп ) по реакции:
Рснп + Аап2 + Вап2 = Рцкп . (17)
Заканчивается процесс кристаллизации Рмкп по реакции:
Рцкп + Рснп + Аап2 + Вап2 =Рмкп . (18)
При невысоких перегревах и (или) малых временах выдержки расплавов БЛС Рмкп распадаются в соответствии с реакцией, обратной (18). При увеличении перегревов и (или) времен выдержки расплавов БЛС в них повышаются концентрации атомов водорода и (или) кислорода [6]. Растворенные в расплавах БЛС атомы водорода и (или) кислорода адсорбируются Рцкп до определенной, критической концентрации. При ее превышении происходит распад Рцкп по эффекту Ребиндера. При этом если адсорбируются атомы водорода, то распад Рцкп происходит по реакции:
(Н}Рцкп =(Н}Рснп +Рснп + Аап2 + Вап2 . (19)
Если адсорбируются атомы кислорода, то распад Рцкп происходит по реакции:
|0}Рцкп = |0}Рснп + Рснп + Аап2 + Вап2 . (20)
Таким образом, структурная устойчивость при переплавке бинарных литейных сплавов определяется устойчивостью центров кристаллизации микрокристаллов а- и Р-фаз, которая зависит от концентрации адсорбированных атомов водорода и (или) кислорода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Никитин, В. И. Наследственность в литых сплавах / В. И. Никитин, К. В. Никитин. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 476 с.
2. Марукович, Е. И. Модифицирование сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко. - Минск: Беларуская навука, 2009. - 192 с.
3. Марукович, Е. И. Пути решения проблемы структурной наследственности сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко // Литье и металлургия. - 2019. - № 1. - С. 21-23.
4. Марукович, Е. И. Наноструктурная теория металлических расплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко // Литье и металлургия. - 2020. - № 3. - С. 7-9.
5. Марукович, Е. И. Наноструктурная кристаллизация литейных сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко // Литье и металлургия. - 2022. - № 3. - С. 13-19.
6. Производство отливок из сплавов цветных металлов: учеб. / А. В. Курдюмов [и др.]. - М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. - 615 с.
REFERENCES
1. Nikitin V I., Nikitin K. V. Nasledstvennost'v lityh splavah [Heredity in cast alloys]. Moscow, Mashinostroenie-1 Publ., 2005, 476 p.
2. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu. Modificirovanie splavov [Modification of alloys]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2009, 192 p.
3. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu. Puti resheniya problemy strukturnoj nasledstvennosti splavov [Ways to solve the problem of structural heredity of alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2019, no. 1, pp. 21-23.
4. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu. Nanostrukturnaya teoriya metallicheskih rasplavov [Nanostructural theory of metal melts]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2020, no. 3, pp. 7-9.
5. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Nanostrukturnaya kristallizaciya litejnyh splavov [Nanostructured crystallization of foundry alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2022, no. 3, pp. 13-19.
6. Kurdyumov A. V. et al. Proizvodstvo otlivok iz splavov cvetnyh metallov: uchebnik [Production of castings from non-ferrous metal alloys: textbook]. Moscow, Izd. Dom MISiS Publ., 2011, 615 p.
