CC BY
18
Таким образом,
C, = Q„> 'U„ ' ехр[(АХ)х1 - С,'"1].
гдеЪ,, = 1 -(1/я) .arctg[(AX)„ • CJ, Qx = С,/{ехр[(АХ)1х • С,1"1'], а т.к. blx = 1 -(1/л) -arctgKAX),, • С,] =0.8981, то Q, = 0.5331
и из решения тождества Ск = 0.60. В соответствии с (17) вычисляется полученная приближенная погрешность определения содержания хрома:
5Р « [|ДР, - ДРК!/(ДР, + APJ] • 100% = [|63 - 48|/ (208 + 208)] • 100% = 3.6%.
Видно, что в данном примере определяемое содержание хрома в образце составляет СГГО = 0.62%, т.е. полученная относительная погрешность на данном этапе вычислений составила:
Se =[(Сгсо - С„)/Сгго] • 100% = [(0.62 - 0.6)/ 0.62] • 100% = 3.2%.
Экспериментальная проверка предложенного алгоритма повышения точности проводимых анализов на основе использования виртуальных эталонов показана на примере фотографического анализа углеродистых сталей.
Получение спектрограмм производилось на спектрографе ИСП-30 в следующем режиме: Ток возбуждения - 20 А, время обжига - ЮС, время экспозиции -45С, число параллельных измерений - 3, величина зазора между электродами - 2 мм, вспомогательный электрод - угольный.
Для ввода информации об интенсивности спектральных линий в персональный компьютер использовалась система из микрофотометра, усилителя,
аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера.
Полученные данные представлены в таблице 1.
В столбце 6 данной таблицы представлены описанные выше в качестве примера результаты расчетов процентного содержания хрома (Cr).
Библиографический список
1. Морозов H.A. Методы оптического спектрального анализа алюминиевых сплавов с применением ЭВМ // Заводская лаборатория. - 1986.-№ 9. - С.21-28.
2. Морозов H.A. Совершенствование методов атомно-эмис-сионного спектрального анализа металлов и сплавов с помощью ЭВМ//Заводская лаборатория. - 1991. - №8. - С. 22.
3. Кузнецов A.A., Алтынцев М П., Одинец А.И. Разработка средств повышения эффективности спектральных методов количественного анализа. — Тезисы докл. III Междун. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». - Омск, ОмГТУ, 1999. - с. 203.
ОДИНЕЦ Александр Ильич, к.т.н., доцент кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики».
КУЗНЕЦОВ Андрей Альбертович, к.т.н., доцент кафедры «Теоретическая электротехника». МАЛИНОВСКИЙ Сергей Константинович, зам. директора ОАО «АК Омскагрегат».
Дата поступления статьи в редакцию: 09.09.2006 г. © Одинец А.И., Кузнецов A.A., Малиновский С.К.
УДК 621.763:669.017.113. ви. ГУРДИН
Омский государственный технический университет
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПРОПИТКИ И ЖИДКОФАЗНОГО СПЕКАНИЯ_
В статье обоснована возможность использования эвтектических сплавов для пропитки пористой железной матрицы с целью повышения ее физико-механических свойств. Показано, что использование борсодержащих сплавов более предпочтительно при выборе пропитывающих сплавов, как обладающих минимальной вязкостью и максимальной жидкотекучестью.
В однофазных сплавах плавление начинается на бодная энергия которой значительно превышает энер-границах зерен вследствие избыточной поверхност- гии обоих твердых растворов. Если растворимость ной свободной энергии этих слоев по сравнению с компонентов в кристаллическом состоянии ограни-энергией твердого раствора. В двухфазных сплавах чена и концентрация расплава превышает предел ра-процессы подготовки к плавлению наиболее интен- створимости, то его затвердевание осуществляется сивно идут на межфазной границе, избыточная сво- путем многофазной кристаллизации. Одним из рас-
Таблица 1
Химический состав и температуры плавления двойных эвтектических сплавов [6]
Система Состав эвтектики T °c 1 ш!..
Fe-B Fe + 3,8 % В 1174
Со-В Со + 3,9 % В 1102
Ni-B Ni + 4 % В 1140
Fe-Ti Fe + 68 % Ti 1085
Fe-Zr Fe + 84 % Zr 934
Fe-Be Fe + y % Be 1165
Fe-Si Fe + 20,5 % 81 1200
Fe-Mn Fe+ 91 % Mn 1240
Ni-V N¡ + 47,5 % V 1203
NiBe Ni + 5,7 % Be 1157
Co-V Со + 38 % V 1249
CO-Ti Co+ 18,6% Ti 1135
Co-Si Co+12,5 % Si 1195
Co-Nb Co+21,8 %Nb 1235
Co-Be Со + 4 % Be 1120
V-Zr Zr + 30 % V 1230
Си-В Си + 2 % В 1060
Таблица 2
Некоторые данные по двойным боридам [8]
Бориды Температура реакции, СС Эвтектика с Fe, Со, Ni, °С Микротвердость, кг/мм2 Плотность, г/см3
FeTaB, Разлагаются до (ТаВ2 + металлический пар) выше 1400°С - 1568-1714 -
CoTaBj - 1486-1632 -
NiTaB2 1500 - 1598-1725 10,1
FeTaB2 1175 ИЗО - 10,3
CoTaB2 1170 1120 - 10,1
NiTaB2 1180 1090 - 10,5
пространенных типов такой кристаллизации является эвтектическое превращение: диффузионное разделение расплава на две одновременно образующиеся кристаллические фазы.
Если конденсированная фаза образована из атомов двух типов, то ее устойчивость в некоторой кон-центрационно-температурной области определяется влиянием следующих факторов [ 1):
1. Размерный фактор, учитывающий разность диаметров компонентов. Если атомные диаметры двух металлов различаются больше, чем на 14-15 %, то в кристаллическом состоянии наблюдается лишь ограниченная растворимость. При меньшем различии атомных диаметров возможны непрерывные ряды твердых растворов, однако размерный фактор не является единственным гарантом полной взаимной растзоримости в кристаллическом состоянии. Увеличению влияния размерного фактора сопутствует усиление искажения решетки твердого раствора, что приводит к понижению температуры плавления и образованию жидких растворов, характеризующихся отсутствием дальнего порядка в расположении атомов. Поэтому возможна полная растворимость в расплавах таких элементов, которые в кристаллическом состоянии взаимно растворимы лишь частично.
2. Кристаллографический фактор, учитывающий подобие сплавляемых элементов. Переход от чистого кристаллического элемента А к чисто кристаллическому элементу Б через непрерывный ряд твердых растворов возможен лишь в том случае, если А и Б являются изоморфными элементами, принадлежащими к одной или близким группам периодической системы элементов.
3. Электрохимический фактор, учитывающий разность между электроотрицательностями двух металлов. Рост электроотрицательности увеличивает тенденцию к объединению атомов двух типов как в кристаллическом, так и в жидком состоянии. Чем более электроотрицателен растворенный элементпо отношению к растворителю (или наоборот), тем большая вероятность того, что атомы растворенного элемента образуют стабильное химические соединение, нежели твердый раствор.
4. Электронная концентрация, т.е. отношение числа валентных электронов к числу атомов. Пределы растворимости элементов в кристаллическом состоянии зависят от электронной концентрации, определяющей температурно-концентрационные области существования первичных твердых растворов.
При помощи перечисленных факторов можно объяснить поведение элементов во многих двойных системах, однако результаты многих исследований являются нередко противоречивыми [1,2,3].
Процессы переноса в расплавах характеризуются такими явлениями, как вязкое течение и диффузия в поле концентрационного или температурного градиента. Однако данные работ [1,4,5) дают основание предположить, что в расплавах существует сложное кооперативное движение нескольких атомов, вызванное локальными флуктуациями плотности, допускающими перемещение слабо связанных атомов. Поэтому энергия активации вязкого течения (или энергия активации диффузии) может включать как энергию, необходимую для деформирования связи группировки атомов при прохождении диффундирующего атома через эту группировку, так и энергию, которую следует сообщать атому для обеспечения его отрыва от группировки.
Высокой и постоянной в интервале двухфазного состояния свободной энергией границы раздела фаз объясняются характерные свойства эвтектических сплавов [5]:
1) пониженная по сравнению с обоими компонентами и постоянная температура плавления эвтектики;
2) аномально высокая пластичность и ползучесть эвтектических сплавов вблизи эвтектических температур;
3) как правило, максимальная жидкотекучесть и минимальная вязкость эвтектических расплавов.
Для получения композиционных материалов методами пропитки и жидкофазного спекания важнейшими условиями, кроме смачиваемости пористой прессовки пропитывающим сплавом, являются жидкотекучесть и вязкость расплава, чем в наибольшей мере обладают эвтектики.
Проведя анализ двойных диаграмм состояний на наличие эвтектических сплавов с температурой плавления не более 1250 °С (практикой спекания установлено, что температура спекания прессовок на основе железа составляет 1200-1250 °С, поэтому температура плавления пропитывающих сплавов не должна превышать верхний предел температуры спекания), пришли к выводу, что такими являются системы: Fe-Ti, Fe-Zr, Fe-B, Fe-Be, Fe-Si, Fe-Mn, Ni-V, Ni-Be, Ni-B, Co-B, Co-V, Co-Ti, Co-Si, Co-Nb, Co-Be, V-Zr, Cu-B. Температура плавления пропитывающих сплавов определялась на дериватографе ОД-103 венгерского оптического завода. Данные об этих эвтектических сплавах представлены в табл. 1.
Эвтектические сплавы исследовались на возможность применения их в качестве пропитывающих сплавов для пропитки пористых железных прессо-
ты пропитывающего сплава: в рабочую полость жесткой пресс-формы засыпался железный порошок, уплотнялся при давлении 100 МПа, затем засыпалась шихта пропитывающего сплава и производилось уплотнение образца при давлении 400 МПа. Пористость железных прессовок составляла 26-27 % (при дальнейшем увеличении пористости прессовка после пропитки теряет заданную геометрию), Спекание производилось в вакуумной печи СВГ-2,3 при температуре, превышающей указанную в табл. 1 на 20 °С. Время пропитки и жидкофазного спекания составляло 30 минут. Из спеченных образцов готовились шлифы и определялась глубина проникновения пропитывающего сплава в пористую железную матрицу.
По результатам исследований был сделан вывод: для пропитки пористых железных прессовок наиболее перспективными являются эвтектические сплавы систем Ре- В, Со- В и N¡-8.
Известно, что бор, являясь поверхностно-активным элементом, уменьшает межфазное натяжение расплавов, что улучшает смачиваемость ими твердых тел. Кроме того, он оказывает благоприятное действие на железо и его сплавы [6] - введенный в сплавы в определенных количествах, он повышает механические и теплофизические свойства сплавов. Известны случаи, когда бор, введенный в композиционные материалы на основе никеля и кобальта, значительно повышает их твердость, предел прочности при разрыве и жаростойкость [5]. Наличие окисных пленок на поверхности частиц спекаемого порошка значительно затрудняет твердофазное спекание порошковых изделий и ухудшает смачиваемость при жидкофазном спекании прессовок. Бор, являясь хорошим раскисли-телем, восстанавливает окислы на поверхности частиц порошка прессовки, что облегчает диффузию атомов металла к поверхности соприкосновения зерен. Наиболее заметно влияние бора проявляется при спекании с участием жидкой фазы. Улучшая смачиваемость поверхности спекаемых частиц порошка прессовки, бор способствует возникновению наибольшей площади контакта жидкой фазы с твердой, что приводит к равномерному уплотнению прессовки по всему объему. Кроме того, добавки бора влияют на выделение упрочняющих фаз в аустенитных и фер-ритных сталях, легированных ниобием, хромом, никелем и молибденом, что оказывает положительное влияние на предел ползучести [7].
Из этого же источника известно, что многие бо-риды образуют легкоплавкую эвтектику с железом, никелем и кобальтом (табл. 2), что дает возможность использовать двойные бориды при жидкофазном
спекании прессовок из порошков железа, никеля и кобальта. Образующиеся при этом сплавы обладают высокой прочностью и высокотемпературной устойчивостью против окисления.
Все вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:
1. Минимальная вязкость и максимальная жидко-текучесть эвтектических сплавов позволяют отдать им предпочтение при выборе пропитывающих сплавов для металлических прессовок.
2. Введение бора (вплоть до концентрации эвтектического состава) в сплавы на основе железа, никеля и кобальта позволяет существенно снизить поверхностное натяжение этих сплавов, что дает возможность использовать их в качестве пропитывающих сплавов для железных прессовок.
3. Данные литературных-источников об эвтектических реакциях между некоторыми боридами и железом позволяют сделать вывод о целесообразности их использовании в качестве жидкофазной добавки при спекании железных прессовок, а металлическая основа указанных боридов может являться легирующим комплексом для повышения механических и получения специальных свойств композиционных материалов.
Библиографический список
1. Таран Ю.В., Мазур В.И. Структура эвтектических сплавов -М.: Металлургия, 1978. — 312 с.
2. Формирование структуры и свойств композиционных материалов при жидкофазном спекании /Гурдин В.И. [и др]. // Прикладные задачи механики. Сб.науч.тр - Омск, 2003. — С. 149- 159.
3. Иванова B.C. О связи структуры со свойствами в критических точках //Труды института металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова -М.: Элиз, 1998. - С. 412-429
4. Миссол В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах — М.: Металлургия, 1978. — 176 с.
5. КотреллА.Х. Строение металлов и сплавов: пер. с англ. — М.: Металлургиздат, 1961. — 188 с.
6. Бор: Его соединения и сплавы /Г.В. Самсонов ¡и др.). — Киев: Изд-во АН УССР, 1960. - 590 с.
7. Григорович, В.К, Электронное строение и термодинамика сплавов железа/В.К.Григорович. — М : Наука. 1970. - 291с.
ГУРДИН Виктор Иванович, доцент, канд.техн.наук, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства».
Дата поступления статьи в редакцию: 03.10.2006 г. © Гурдин В.И.
Книжная полка
Фролов Г.И,, Жигалов B.C. Физические свойства и применение магнитопленочных нанокомпозитов. -
Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 188 с.
Создание неравновесной структуры в твердом теле — путь к получению материалов с новыми свойствами. Монография рассматривает возможности реализации этого подхода на примере магнитопленочных материалов с кластерной и нанокристаллической структурами. Рассмотрены особенности структуры и свойств аморфных ферримагнитных пленок сплавов редкая земля — переходный металл, а также возможности их использования в устройствах оптической обработки информации; вопросы корреляции структуры и магнитных свойств в нанокристаллических пленках 3<1-металлов; описаны методы получения этих материалов с размером зерна менее 10 нм. Показаны пути создания на базе этих пленок высокорезистивных магнитомягких материалов и сред-носителей для сверхплотной магнитной записи. Для специалистов в области физики твердого тела, физической химии и материаловедения, для студентов и аспирантов соответствующих специальностей. Отв. редактор В. Ф. Шабанов; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т физики им. Л. В. Киренского, Мин-во образования и науки РФ, Федеральное агентство по образованию, Сиб. гос. аэрокосмический ун-т им. М. Ф. Решетнева.
