к.т.н., заведующий кафедрой «Полиграфия»
Cand. Sci. (Eng.), Head of the Chair “Polygraphy”
д.т.н., заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»
Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Leading Researcher, Head of the Chair of Life Safety
д.т.н., профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Char of Life Safety
к.т.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Life Safety
д.т.н., профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chai of Life Safety
Выполнен анализ результатов исследований температурных зависимостей кинематической вязкости, удельного электросопротивления, поверхностного натяжения и плотности жидких сталей и сплавов при нагреве и последующем охлаждении. Выявленные характерные особенности послужили основой систематизации политерм физических свойств сталей и сплавов. Установлено, что при нагреве до определенных критических температур в структуре расплава происходят изменения. Как следствие, политермы охлаждения приобретают иной вид, более приближенный к равновесным классическим закономерностям, и не совпадают с политермами нагрева. Ветвление температурных зависимостей физических свойств или гистерезис политерм является необратимым только при нагреве до температур не ниже критических. При несоблюдении этих условий возможен частичный или полный возврат к первичной структуре расплава, что оказывает влияние на величину гистерезиса политерм. Величина гистерезиса наряду с данными о свойствах является качественной характеристикой отклонений структуры расплава от равновесного и микрооднородного состояния. При этом равномерность распределения атомов легирующих элементов по микрогруппировкам или кластерам свидетельствует о равновесности структуры, а равномерность распределения кластеров, отличающихся строением по объему расплава, отражает его структурную микрооднородность. В процессе изучения свойств многокомпонентных металлических материалов обнаружено, что после плавления изменение свойств расплава при изотермической выдержке представляет собой типичную картину затухающих колебаний. С повышением температуры режим затухания приближается к апериодическому, а время релаксации уменьшается. Процессы, ответственные за кинетику изотермического изменения свойств расплава, протекают на микроуровне. Неравновесный промышленный металл обычно содержит включения, унаследованные от исходных материалов, в виде нерастворившихся частиц графита в чугуне, ассоциации и агрегации типа карбидов, нитридов и т.п. Приведение такого расплава в равновесие требует длительного времени, обычно превышающего время диффузионного перемещения атомов в пределах областей неравновесности. Чем сложнее в химическом и структурном отношениях твердый металл, тем дальше от равновесия отстоит полученный из него расплав. В такой системе новые корреляции формируются и распадаются наиболее интенсивно. При этом протекают кооперативные процессы взаимодействия новых пространственных и временных структур с унаследованными от исходных материалов, что и отражается осциллирующими зависимостями свойств металлических расплавов. Информация о состоянии расплава перед затвердеванием позволяет научно обосновать температурные и временные режимы выплавки сталей и сплавов. Такая подготовка расплава оказывает влияние на его способность к переохлаждению, скорость кристаллизации, формирование упрочняющих фаз и эвтектик, ликвацию элементов, структуру дендритов и зональное строение отливок, а в целом – на качество металлопродукции и эффективность производства.
The analysis of the research results of temperature dependences of the kinematic viscosity, electrical resistivity, surface tension and density of liquid steels and alloys during heating and the subsequent cooling was performed. The identifi ed characteristics formed the basis for systematization of physical properties polytherms of steels and alloys. It was established that the changes occur in the melt structure during heating up to certain critical temperatures. As a result, the cooling polytherms acquire a diff erent view, more close to equilibrium classical patterns and do not coincide with heating polytherms. The branching of the temperature dependences of the physical properties or hysteresis of polytherms is irreversible only when heating up to a temperature not lower than the critical ones. If these conditions are not met the partial or full return to the primary structure of melt can occur and it has an impact on the value of the polytherms hysteresis. Therefore, the hysteresis value, along with the data on the properties, is a qualitative characteristic of the melt structure and its deviations from the equilibrium and micro homogeneous state. The uniformity of distribution of alloying elements atoms into micro groups or clusters indicates the equilibrium of the structure and uniformity of clusters distribution, diff erent in structure in the melt volume, refl ects its structural micro-homogeneity. In the process of studying the properties of multicomponent metal materials it was found that after melting the change of melt properties at isothermal holding is a typical pattern of damped oscillations. With the increase of temperature the damping mode approaches the aperiodic one, and the relaxation time decreases. The processes responsible for kinetics of isothermal change in the melt properties occur at the micro level. Non-equilibrium industrial metal typically contains inclusions from the initial materials in the form of undissolved particles of graphite in the cast iron, association and aggregation of carbides, nitrides, etc. Bringing such melt into equilibrium state requires a lot of time, normally much more than for the diff usion transfer of atoms within the disbalanced zones. The more complex is the chemical and structural interactions of solid metal, the greater is the separation between the equilibrium and the obtained melt. In such system the new correlations are formed and broken most intensely. In this case the cooperative processes of interaction of new spatial and temporal structures with inherited from the initial materials take place occur, which is refl ected by oscillating dependences of the properties of metal melts. The information about the state of the melt prior to solidifi cation enables a scientifi c foundation for temperature and time regimes of smelting of steel and alloys. Such melt preparation aff ects its capacity for supercooling, the crystallization rate and the formation of eutectic reinforcing phases, elements segregation, dendrites structure and zonal structure of castings, and in general – the quality and effi ciency of steel production.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.