СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПОЛИТЕРМ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

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.

1. Еланский Г.Н., Минчевский Б.В., Кальменев А.А. Основы производства и обработки металлов. – М.: изд. МГВМИ, 2005. – 416 с.

2. Еланский Г.Н. Сталь и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. – М.: изд. МГВМИ, 2011. – 196 с.

3. Tsong T.T. Atоm-prове field ion microscope. – Cambridge: UK, Cambridge University Press, 1990. – 320 p.

4. Miller M., Cerezo A., Hetherington M., Smith G. Atоm-prове field ion microscope. Vol. 52 of Monographs on the physics and chemistry of materials. – Oxford: Oxford University Press, 1996. – 280 p.

5. Miller M. Atom-probe tomography. – New York: Springer, 2000. – 350 p.

6. Michael K. Miller, Richard G. Forbes atom-probe tomography the local electrode atom-probe. – New York: Springer, 2014. – 423 p.

7. Larson D.J., Prosa T.J., Ulfi g R.M. etc. Local electrode atom-probe tomography a user’s guide. – New York, NY: Springer, 2013. – 318 p.

8. Kellogg G.L. Measurement of activation energies for field eva po-ration of tungsten ions as a function of electric fi eld // Phys. Rev. B. 1984. Vol. 29. No. 8. P. 4304 – 4312.

9. Wada M. On the thermally activated fi eld evaporation of Surface atoms // Surf. Sci. 1984. Vol. 145. P. 451 – 465.

10. Menand A., Blavette D. Temperature dependence of iridium field eva poration rate // J. Phys. 1986. Vol. 47. No. C7. P. 17 – 20.

11. Saxey D.W. Correlated ion analysis and the interpretation of atom probe mass spectra // Ultramicroscope. 2011. Vol. 111. No. 6. P. 473 – 479.

12. Шабурова Н.А. Теория и практика использования внешних воздействий для обработки расплавов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13. № 1. С. 85 – 90.

13. Свойства металлических расплавов: Сборник / В.С. Цепелев, В.В. Конашков, Б.А. Баум и др. – Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2008. Ч. 1. – 358 c.; Ч. 2. – 383 c.

14. Барышев Е.Е., Тягунов А.Г., Степанова Н.Н. Влияние структуры расплава на свойства жаропрочных никелевых сплавов в твердом состоянии. – Екатеринбург: УрО РАН, 2010. – 198 с.

15. Тягунов Г.В., Барышев Е.Е., Цепелев В.С. Жидкий металл. Порошки. – Екатеринбург: изд. УМЦ УПИ, 2014. – 192 с.

16. Петрушин Н.В., Светлов И.Л. Физико-химические и структурные характеристики жаропрочных никелевых сплавов // Металлы. 2001. № 2. С. 63 – 73.

17. Еланский Г.Н., Еланский Д.Г. Строение и свойства металлических расплавов. – М.: изд. МГВМИ, 2006. – 228 с.

18. Зуев М.В., Бурмасов С.П., Степанов А.И. и др. Совершенствование технологии современного сталеплавильного производства на основе закономерностей формирования металлических расплавов // Сталь. 2013. № 2. С. 27 – 29.

19. Полищук А.Д., Полищук Д.А. – В кн.: Комплексное оценивание в системных исследованиях: Сборник. Т. 1. – Болгария, Варна, 2013. С. 368 – 370.

20. Колотухин Э.В. Совершенствование технологии выплавки и повышения качества жаропрочных сплавов на основе исследований их удельного электросопротивления. – В кн.: Свойства металлических расплавов: Сборник. Ч. 2. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. С. 113 – 122.

21. Peijie Li., Cuangdao Mi., Okhapkin A.V. etc. Micro-mechanism for the evolution of viscosity versus temperature in magnesium-aluminum alloy mtlts // Procedia. 2012. Vol. 27. Р. 871 – 879.

22. Beltyukov A.L., Menshikova S.G., Ladyanov V.I. The viscosity of binary Al-Fe melts in the Al-rich area // Jornal of Non-Crystalline Solids. 2015. Vol. 410. Р. 1 – 6.

23. Третьякова Е.Е. Оптимизация технологии выплавки и улучшение качества хромистых сталей на основе исследований поверхностного натяжения их расплавов. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Свердловск: УПИ, 1986. – 23 с.

24. Попель П.С. Метастабильная микрогетерогенность расплавов в системах с эвтектикой и монотектикой и ее влияние на структуру сплава после затвердевания // Расплавы. 2005. № 1. С. 22 – 48.

25. Popel P.S., Chikova O.A., Matveev V.M. Metastable collodial stats of liquid metallic solutions // High Temperature Materials and Processes. 1995. Vol. 14. No. 4. P. 219 – 234.

26. Brodova I.G., Popel P.S., Eskin G.I. Liquid metal processing: applications to aluminium alloy production. – London and New York: Taylor & Francis, 2002. – 269 p.