Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

О структурных переходах в сложнолегированных расплавах

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-3-4-261-270

Полный текст:

Аннотация

Обсуждается возможность структурных переходов в металлических сложнолегированных расплавах на основе анализа температурных зависимостей их вязкости, электросопротивления и поверхностного натяжения. Механизм структурных переходов в жидких сложнолегированных металлических расплавах заключается в разрушении микронеоднородности не только структуры, но и химического состава. Аномалии температурных и концентрационных зависимостей структурно чувствительных свойств металлических расплавов -вязкости, плотности, электросопротивления и поверхностного натяжения вызваны изменением структуры расплава. Ветвление температурных зависимостей структурно чувствительных свойств сложнолегированных расплавов объясняется необратимым нарушением микронеоднородного состояния, унаследованного в процессе плавления от исходного многофазного химически неоднородного слитка. Микронеоднородности, которые возникают вследствие преобладающего взаимодействия односортных или разносортных атомов, соответствуют нарушению ближнего порядка в расположении атомов (SRO) и диапазону 2 - 5 А. Микронеоднородное состояние металлических расплавов, которое обусловлено сегрегацией атомов флуктуационной природы без четких межфазных границ (кластерами), связано с нарушением среднего порядка (MRO) и диапазоном 5 - 20 А. Микрогетерогенное состояние расплава, которое характеризуется наличием дисперсных частиц, обогащенных одним из компонентов, которые взвешены в окружающей среде иного состава с четкой межфазной поверхностью, соответствует нарушению дальнего порядка (LRO) и диапазону более 20 А. Структурные переходы в металлических расплавах также могут пониматься как фазовые переходы «жидкость - жидкость» в плане конкуренции между двумя однородными жидкими фазами, отличающимися величиной энтальпии, которая меняется с ростом температуры. Фазовые переходы «жидкость - жидкость» наблюдаются в зависимости от температурной предыстории расплава. Ветвление температурных зависимостей вязкости, плотности и поверхностного натяжения, измеренных при нагреве и последующем охлаждении расплава, также является результатом и свидетельством фазового перехода «жидкость - жидкость». Предложен алгоритм априорного анализа температурных зависимостей вязкости, электросопротивления и поверхностного натяжения сложнолегированных расплавов на основе связи с их структурой.

Об авторе

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

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики, главный научный сотрудник.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; 620017, Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26



Список литературы

1. Khosravani A., Cecen A., Kalidindi S.R. Development of high throughput assays for establishing process-structure-property linkages in multiphase polycrystalline metals: Application to dual-phase steels // Acta Materialia. 2017. Vol. 123. P. 55 - 69.

2. Вертман А.А., Самарин А.М. Свойства расплавов железа. - М.: Наука, 1969. - 280 с.

3. Гельд П.В., Баум Б.А., Петрушевский М.С. Расплавы ферросплавного производства. - М.: Металлургия, 1973. - 288 с.

4. Арсентьев П.П., Коледов Л.А. Металлические расплавы и их свойства. - М.: Металлургия, 1976. - 376 с.

5. Ершов Г.С., Бычков Ю.Б. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов. - М.: Металлургия, 1982. - 376 с.

6. Регель А.Р., Глазов В.М. Закономерности формирования структуры электронных расплавов. - М.: Наука, 1982. - 320 с.

7. Баум Б.А. Жидкая сталь. - М.: Металлургия, 1984. - 208 с.

8. Островский О.И., Григорян В.А., Вишкарев А.Ф. Свойства металлических расплавов. - М: Металлургия, 1988. - 304 с.

9. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1972. - 247 с.

10. Дутчак Я.И. Рентгенография жидких металлов. - Львов: Вища школа, 1977. - 162 с.

11. Попель С.И., Спиридонов М.А., Жукова Л.А. Атомное упорядочение в расплавленных и аморфных металлах по данным электронографии. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. - 384 с.

12. Чикова О.А. О структурных переходах в жидких металлах и сплавах // Расплавы. 2009. № 1. С. 18 - 29.

13. Li M.Y., Zhang Y.X., Wu C., Geng H.R. Effect of liquid-liquid structure transition on solidification of Sn57Bi43 alloy // Applied Physics A-Materials Science & Processing. 2016. Vol. 122. No. 3. Article 171.

14. Yu Q., Ahmad A.S., Stahl K. etc. Pressure-induced structural change in liquid Gain eutectic alloy // Science Reports. 2017. Vol. 7. Article 1139.

15. Xiong L.H., Wang X.D., Yu Q. etc. Temperature-dependent structure evolution in liquid gallium // Acta Materialia. 2017. Vol. 128. P. 304 - 312.

16. Jia P., Zhang J.Y., Geng H.R. etc. Effect of melt superheating treatment on solidification structures of Al75Bi9Sn16 immiscible alloy // Journal of Molecular Liquid. 2017. Vol. 232. P. 457 - 461.

17. Jie Z.Q., Zhang J., Huang T.W. etc. The influence of melt superheating treatment on the cast structure and stress rupture property of IN718C superalloy // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 706. P. 76 - 81.

18. Han G., Liu X. Phase control and formation mechanism of Al--Mn(-Fe) intermetallic particles in Mg-Al-based alloys with FeCl3 addition or melt superheating // Acta Materialia. 2016. Vol. 114. P. 54 - 66.

19. Su H., Wang H., Zhang J. etc. Influence of melt superheating treatment on solidification characteristics and rupture life of a third-generation ni-based single-crystal superalloy // Metallurgical and Material Transactions B. 2018. Vol. 49. No. 4. P. 1537 - 1546.

20. Dahlborg U., Calvo-Dahlborg M., Eskin D.G., Popel P.S. Thermal melt processing of metallic alloys // Springer Series in Materials Science. 2018. Vol. 273. P. 277 - 315.

21. Лыкасов Д.К., Чикова О.А. Оптимизация технологии легирования сплава 2124 марганцем на основе изучения связи структуры и свойств жидкого и литого металла // Расплавы. 2009. № 1. С. 31 - 35.

22. Конашков В.В., Цепелев В.С., Чикова О.А., Белоносов А.В. Связь механических свойств литых изделий из стали 40Х24Н12СЛ с их микроструктурой и вязкостью расплава // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 3. С. 167 - 173.

23. Вертман А.А., Самарин А.М., Туровский Б.М. Строение жидких сплавов системы железо-углерод // Изв. АН СССР. ОТН.: Металлургия и топливо. 1960. № 6. С. 123 - 129.

24. Dahlborg U., Besser M., Calvo-Dahlborg M. etc. Structure of molten Al-Si alloys // Journal of Non-Crystalline Solids. 2007. Vol. 353. No. 32 - 40. P. 3005 - 3010.

25. Чикова О.А., Цепелев В.С., Московских О.П. Оценка параметров микрогетерогенной структуры металлических расплавов из результатов вискозиметрического эксперимента на основе представлений теории абсолютных скоростей реакций // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 6. С. 925 - 930.

26. Чикова О.А., Синицин Н.И., Вьюхин В.В. Параметры микрогетерогенной структуры жидкой стали 110Г13Л // Журнал физической химии. 2019. T. 93. № 8.С. 1138 - 1146.

27. Lan S. etc. Structural crossover in a supercooled metallic liquid and the link to a liquid-to-liquid phase transition // Applied Physics Letters. 2016. Vol. 108. No. 21. P. 211907.

28. Albert S., Bauer Th., Michl M. etc. Fifth-order susceptibility unveils growth of thermodynamic amorphous order in glass-formers // Science. 2016. Vol. 352. No. 6291. P.1308 - 1311.

29. Robert F. Tournier. Glass phase and other multiple liquid-to-liquid transitions resulting from two-liquid phase competition // Chemical Physics Letters. 2016. Vol. 665. P. 64 - 70.

30. Robert F. Tournier. First-order transitions in glasses and melts induced by solid superclusters nucleated and melted by homogeneous nucleation instead of surface melting // Chemical Physics. 2019. Vol. 524. P. 40 - 54.

31. Zu F.-Q. Temperature-induced liquid-liquid transition in metallic melts: a brief review on the n

32. Нефедов Д.Ю., Чарная Е.В., Усков А.В. и др. Возможный переход жидкость-жидкость в расплаве Ga-In, введенном в опаловую матрицу // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. Вып. 1. С.169 - 173.

33. Iida T., Guthrie R.I.L. The Physical Properties of Liquid Metals. -Oxford: Clarendon Press, 1993.

34. Bian X., Sun M., Xue X., Qin X. Medium-range order and viscosity of molten Cu-23% Sn alloy // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 13 - 14. P. 2001 - 2006.

35. Born M., Green H.S. A general kinetic theory of liquids III. Dynamical properties // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1947. Vol. 190. No. 1023. P. 455 - 474.

36. Elliott S.R. Medium-range structural order in covalent amorphous solids // Nature. 1991. Vol. 354. No. 6353. P. 445.

37. Steeb S., Entress H. Atomverteilung sowie spezifischer elektri-scher widerstand geschmolzener Magnesium-Zinn-Legietungen // Z. Metallkde. 1966. Vol. 57. P. 803 - 807.

38. Hoyer W., Jodicke R. Short-range and medium-range order in liquid Au-Ge alloys // Journal of non-crystalline solids. 1995. Vol. 192. P. 102 - 105.

39. Alblas B.P. etc. Structure of liquid Na-Sn alloys // Journal of Physics F: Metal Physics. 1983. Vol. 13. No. 12. P. 2465.

40. Adam G., Gibbs J.H. On the temperature dependence of cooperative relaxation properties in glass-forming liquids // The journal of chemical physics. 1965. Vol. 43. No. 1. P. 139 - 146.

41. Cheng S.-J., Biana X.-F., Zhanga J.-X. etc. Correlation of viscosity and structural changes of indium melt // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 26 - 27. P. 4191 - 4195.

42. Eyring H. Viscosity, plasticity, and diffusion as examples of absolute reaction rates // The Journal of chemical physics. 1936. Vol. 4. No. 4. P. 283 - 291.

43. Doolittle A.K. Studies in Newtonian flow. II. The dependence of the viscosity of liquids on free-space // Journal of Applied Physics. 1951. Vol. 22. No. 12. P. 1471 - 1475.

44. Cohen M.H., Grest G.S. Liquid-glass transition, a free-volume approach // Physical Review B. 1979. Vol. 20. No. 3. P. 1077.

45. Nishimura S., Matsumoto S., Terashima K. Variation of silicon melt viscosity with boron addition // Journal of Crystal Growth. 2002. Vol. 237 - 239. Part 3. P. 1667 - 1670.

46. Xiaolin Z., Xiufang B., Changchun W., Yunfang L. The evolution of coordination structure in liquid GaSn alloy // Chinese Journal of Physics. 2018. Vol. 56. No. 6. P. 2684 - 2688.

47. Jia P., Geng H., Ding Y. etc. Liquid structure feature of Zn-Bi alloys with resistivity and viscosity methods // Journal of Molecular Liquids. 2016. Vol. 214. P. 70 - 76.

48. Ziman J.M. A theory of the electrical properties of liquid metals. I: the monovalent metals // The Philosophical Magazine: A Journal of Theoretical Experimental and Applied Physics. 1961. Series 8. Vol. 6. No. 68. P. 1013 - 1034.

49. Shimoji M. Liquid Metals. An Introduction to the Physics and Chemistry of Metals in the Liquid State. - London: Academic Press, 1977. - 391 p.

50. Faber T.E., Ziman J.M. A theory of the electrical properties of liquid metals // The Philosophical Magazine: A Journal of Theoretical Experimental and Applied Physics.1965. Vol. 11. No. 109. P. 153 - 173.

51. Kittel C. etc. Introduction to Solid State Physics. 8 ed. - New York: Wiley, 1976. - 704 p.

52. Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials / S. Kasap, P. Capper eds. Springer, 2017.

53. Jia P., Geng H., Ding Y. etc. Liquid structure feature of Zn-Bi alloys with resistivity and viscosity methods // Journal of Molecular Liquids. 2016. Vol. 214. P. 70 - 76.

54. Jia P., Zhang J., Teng X. etc. Liquid phase transition of Sn50Bi50 hypereutectic alloy and its thermodynamic and kinetic aspects // Journal of Molecular Liquids. 2018. Vol. 251. P. 185 - 189.

55. Боровых М.А., Чикова О.А., Цепелев В.С., Вьюхин В.В. Измерение электросопротивления жидкой стали 32Г2 И 32Г1 методом вращающегося магнитного поля // Металлы. 2017. № 2. С. 17 - 22.

56. Chikova O., Tsepelev V., V’yukhin V. etc. Viscosity and electrical resistivity of liquid CuNiAl, CuNiAlCo, CuNiAlCoFe alloys of equiatomic compositions // Acta Metallurgica Slovaca. 2019. Vol. 25. No. 4. P. 259 - 266.

57. Mudryi S.I., Lytvyn M.A. Influence of low nickel contents on the surface tension and density of nickel-indium melts // Ukrainian Journal of Physics. 2017. Vol. 62. No. 2. P. 118 - 118.

58. Ning Z., Ming-Liang H., Hai-Tao M. etc. Viscosities and wetting behaviors of Sn-Cu solders // Acta Physica Sinica. 2013. Vol. 62. No. 8. Article 086601.

59. Yang J., Wang Y., Huang J. etc. Investigation on viscosity, surface tension and non-reactive wettability of melting Ag-Cu-X wt % Ti active filler metals // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 772. P. 438 - 446.

60. Takamichi iida, Roderick I. L. Guthrie. The Physical Properties of Liquid Metals. - Clarendon Press, 1988. - 288 p.

61. Abtew M., Selvaduray G. Lead-free solders in microelectronics // Material Science Engineering: Reports. 2000. Vol. 27. No. 5 - 6. P. 95 - 141.

62. Сумм Б.Д. Новые корреляции поверхностного натяжения с объемными свойствами жидкости // Вестник МГУ Сер. 2. Химия. 1999. Т. 40. № 6. C. 400 - 405.

63. Вьюхин В.В., Чикова О.А., Цепелев В.С. Поверхностное натяжение жидких высокоэнтропийных эквиатомных сплавов системы Cu-Sn-Bi-In-Pb // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. № 4. С. 582 - 585.


Для цитирования:


Чикова О.А. О структурных переходах в сложнолегированных расплавах. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2020;63(3-4):261-270. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-3-4-261-270

For citation:


Chikova O.A. Structural transitions in complexly alloyed melts. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(3-4):261-270. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-3-4-261-270

Просмотров: 54


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


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