Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Поверхностное натяжение и плотность расплавов Fe – Mn

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-34-46

Полный текст:

Аннотация

В работе приведены оригинальные экспериментальные данные о поверхностном натяжении расплавов Fe100 – xMnx (х = 4 – 13 вес. %). Поверхностное натяжение и плотность расплава измеряли методом сидящей капли в режиме нагрева от температуры ликвидус до 1780 °С и последующего охлаждения образца в атмосфере высокочистого гелия. Построены температурные и концентрационные зависимости поверхностного натяжения и плотности расплавов Fe – Mn. Марганец является поверхностно-активным веществом в расплаве железа, величина коэффициента поверхностного натяжения расплавов Fe – Mn с увеличением содержания марганца уменьшается. Экспериментальные данные о коэффициенте поверхностного натяжения расплавов Fe – Mn согласуются с теоретическими зависимостями (уравнение Павлова-Попеля и уравнение Шишковского). В контексте изучения микрогетерогенности расплавов Fe – Mn выявлена связь между значениями их кинематической вязкости, коэффициента поверхностного натяжения и плотности. Зависимость текучести расплавов Fe – Mn от их плотности в режиме охлаждения носит линейный характер, что свидетельствует о выполнении закона Бачинского. Обнаружено расхождение значений отношения вязкости расплава к коэффициенту поверхностного натяжения, полученного по экспериментальным данным и рассчитанного по эмпирической формуле. По экспериментальным данным о вязкости и поверхностном натяжении расплавов Fe – Mn изучено изменение энтропии в объеме расплава и изменение поверхностной энтропии расплава соответственно. Эти показатели снижаются по абсолютной величине с увеличением содержания марганца в расплаве. По результатам работы сделан вывод об отсутствии разрушения микрогетерогенной структуры расплавов Fe100 – x Mnx (х = 4 – 13 вес. %) при нагреве до 1780 °С.

Об авторах

Н. И. Синицин
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

младший научный сотрудник, аспирант кафедры физики

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19



О. А. Чикова
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

д.ф.-м.н., профессор кафедры физики

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19



В. В. Вьюхин
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

старший научный сотрудник Исследовательского центра физики металлических жидкостей Института материаловедения и металлургии

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19



Список литературы

1. Власов В.И., Комолова Е.Ф. Литая высокомарганцовистая сталь Г13Л. Свойства и производство. – М.: Машгиз, 1963. – 195 с.

2. Grässel O., Frommeyer G. Effect of martensitic phase transformation and deformation twinning on mechanical properties of Fe–Mn– –Si–Al steels // Materials Science and Technology. 1998. Vol. 14. No. 12. P. 1213 – 1217.

3. Frommeyer G., Brüx U., Neumann P. Supra-ductile and highstrength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 3. P. 438 – 446.

4. Grässel O., Krüger L., Frommeyer G., Meyer L.W. High strength Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels development – properties – application // International Journal of Plasticity. 2000. Vol. 16. P. 1391 – 1409.

5. Idrissi H., Renard K., Ryelandt L. etc. On the mechanism of twin formation in Fe–Mn–C TWIP steels // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. No. 11 – 12. P. 2464 – 2476.

6. Zhuang C., Liu J., Mi Z. etc. Non-metallic inclusions in TWIP steel // Steel Research International. 2014. Vol. 85. No. 10. P. 1432 – 1439.

7. So K.H., Kim J.S., Chun Y.S. etc. Hydrogen delayed fracture properties and internal hydrogen behavior of a Fe–18Mn–1.5Al–0.6C TWIP steel // ISIJ International. 2009. Vol. 49. No. 12. P. 1952 – 1959.

8. Lee J., Hoai L.T., Shin M. Density and surface tension of liquid Fe–Mn alloys // Metallurgical and Materials Transactions B. 2011. Vol. 42. No. 3. P. 546 – 549.

9. Hoai L.T., Lee J. Density of liquid Fe–Mn–C alloys // Metallurgical and Materials Transactions B. 2011. Vol. 42. No. 5. P. 925 – 927.

10. Hoai L.T., Lee J. Effect of surface adsorption of carbon on the surface tension of liquid Fe–Mn–C alloys // Journal of Materials Science. 2012. Vol. 47. No. 24. P. 8303 – 8307.

11. Dubberstein T., Heller H.-P., Klostermann J. etс. Surface tension and density data for Fe–Cr–Mo, Fe–Cr–Ni, and Fe–Cr–Mn–Ni steels // Journal of Materials Science. 2015. Vol. 50. No. 22. P. 7227 – 7237.

12. Adolf Z., Plura J, Parma V. Effect of carbon on surface tension in Fe–Mn–C, Fe–Si–C, Fe–P–C, and Fe–S-C melts // Hutnicke Listy. 1987. Vol. 42. No. 8. P. 537 – 544.

13. Попель С.И., Царевский Б.В., Джемилев Н.К. Изотермы плотности и поверхностного натяжения расплавов железа с марганцем // Физика металлов и металловедение. 1964. Т. 18. № 3. С. 158 – 160.

14. Ван Цзин-Тан, Карасев Р.А., Самарин А.М. Поверхностное на- тяжение расплавов железо-марганец и железо-сера // Известия АН СССР. Отделение технических наук. Металлургия и топли- во. 1960. Т. 2. С. 49 – 52.

15. Nakamoto M., Tanaka T. Estimation of activity coefficient of solute in infinite dilute liquid iron based on surface tension of binary liquid Fe alloys // Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. 2019. Vol. 105. No. 3. P. 53 – 57.

16. Wang J., Bian M., Ma L. Composition in surface of liquid Fe–Mn and Fe–S systems //Acta Metallurgica Sinica. 1986. Vol. 22. No. 3. P. a270 – a274.

17. Keene B.J. Review of data for the surface tension of iron and its binary alloys // International Materials Reviews. 1988. Vol. 33. No. 1. P. 1 – 37.

18. Гедгагова М.В., Гукетлов Х.М., Кумыков В.К. и др. О высоко- температурных измерениях поверхностного натяжения металлов в условиях вакуума // Известия РАН. Серия физическая. 2007. № 5. С. 631 – 633.

19. Директор Л.Б., Зайченко В.М., Майков И.Л. Усовершенствованный метод лежащей капли для определения поверхностно- го натяжения жидкостей // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 2. С. 193 – 197.

20. Островский О.И., Григорян В.А., Вишкарев А.Ф. Свойства ме- таллических расплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 304 с.

21. Chikova O., Sinitsin N., Vyukhin V., Chezganov D. Microheterogeneity and crystallization conditions of Fe–Mn melts // Journal of Crystal Growth. 2019. Vol. 527. Article 125239.

22. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. – М.: Металлургия, 1994. – 440 с.

23. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. – М.: Гостехиздат, 1957. – 491 с.

24. Физическая химия неорганических материалов / В.Н. Еремен- ко, М.И. Иванов, Г.М. Лукашенко и др. / Под общ. ред. В.Н. Еременко Т. 2. – Киев: Наукова думка, 1988. – 192 с.

25. Корольков А.М. Поверхностное натяжение алюминия и его сплавов // Известия академии наук СССР. Отделение технические науки. 1956. № 2. С. 35 – 42.

26. Ниженко В.И., Еременко В.Н. О поверхностной активности металлов в жидких металлах // Порошковая металлургия. 1964. № 2. С. 11 – 18.

27. Фоменко В.С. Эмиссионные свойства химических элементов и их соединений. Справочник / Под ред. чл.-кор. АН УССР Г.В. Самсонова. – Киев: Наукова думка, 1964. – 104 с.

28. Сумм Б.Д. Новые корреляции поверхностного натяжения с объемными свойствами жидкости // Вестник МГУ. Сер. 2. Хи- мия. 1999. Т. 40. № 6. С. 400 – 405.


Для цитирования:


Синицин Н.И., Чикова О.А., Вьюхин В.В. Поверхностное натяжение и плотность расплавов Fe – Mn. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2020;63(1):40-46. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-34-46

For citation:


Sinitsin N.I., Chikova O.A., V’yukhin V.V. Surface tension and density of Fe – Mn melts. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(1):40-46. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-34-46

Просмотров: 63


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)