Фізико-хімічні закономірності взаємодії розплавів з твердими матеріалами в процесах одержання високоміцних чавунів і спеціальних сплавів - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИАВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Робота виконана у Фізико-технологічному інституті металів та сплавів Національної Академії наук України. Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, зав. відділом фізико-хімії сплавів Національний технічний університет України “КПІ”, зав. кафедри фізико-хімічних основ технології металів доктор технічних наук, професорЗначну частину явищ, які супроводжують ці процеси, можна класифікувати як міжфазні в широкому розумінні, включаючи сюди також процеси розчинення добавок у розплавах. Досягнуто значних успіхів в області вивчення міжфазної взаємодії в металевих розплавах, але багато питань залишаються відкритими, у тому числі взаємодія розплавів з модифікаторами, хімічно-активних розплавів з вогнетривкими матеріалами і т.і. Актуальність роботи полягає в створенні оригінальної профільної бази експериментальних даних щодо протікання ливарних процесів, в подальшому розвитку сучасних уявлень про механізм розчинення, встановленні взаємозвязку між поверхневим натягом та активністю кисню в процесах модифікування, у дослідженні міжфазної взаємодії в системах: вогнетривкі матеріали - залізовуглецеві та хімічно активні розплави, у дослідженні особливостей росту графітних включень у залізовуглецевих розплавах і, у тому числі, у формуванні кулястих включень графіту, розробці технологічних методів рафінування та модифікування металічних розплавів. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: 1.Удосконалено експериментальну базу у вигляді методик, установок (метод обертового диску з рівнодоступною поверхнею, метод лежачої краплі, метод одночасного виміру поверхневого натягу та активності кисню) та обґрунтовано проведення досліджень фізико-хімічних процесів, які мають місце при взаємодії твердих матеріалів з металевими розплавами. При розчиненні протікає одночасно декілька процесів: а) атоми заліза проникають у графіт по мікропорах і недосконалостях міжзернової будови внаслідок високотемпературної дифузії; б) графіт розпадається на окремі кристаліти і зерна, блоки з наступним дробленням внаслідок інтенсивної взаємодії з розплавом і наявністю дефектів у міжкристалітних зонах; в) одночасно відбувається поатомне розчинення кристалітів.Вплив концентрації вуглецю та кремнію в розплаві на швидкість розчинення та ефективний параметр розчинення (Dеф) досліджували шляхом розчинення графіту МГ-1 у Fe-C-і Fe-Si-С-розплавах. Дослідження впливу різних хімічних елементів і температури на контактний кут змочування насиченими вуглецем Fe-C-і Fe-Si-С-розплавами проводили на базисній (00l) і призменній (hk0) гранях графіту. Для насиченого залізовуглецевого розплаву і розплавів Fe-Снас з киснем і сіркою ця різниця позитивна (?тр на базисній грані більше, ніж на призменній), а добавки магнію, кальцію, барію, ітрію, алюмінію, цирконію, хрому, фосфору та інших елементів приводять до зворотного ефекту (??тр <0), що може бути повязане з адсорбцією атомів цих елементів і утворенням проміжних сполук переважно на базисній грані графіту. Наприклад, алюміній розкислює розплав на основі залізо-вуглець і підвищує його поверхневий натяг, однак залишковий вміст алюмінію впливає на адгезійно-активні властивості на границі з гранями (00l) і (hk0) графіту за рахунок утворення оксикарбідів і карбідів на границі графіт-розплав. Для заліза спостерігається потік з твердого тіла в розчин за рахунок різниці концентрацій заліза в зразку та розплаві та потік атомів вуглецю з розплаву до твердого тіла завдяки різниці концентрацій у розплаві та дифузійному граничному шарі: jc = bc ([C] - [C]S); (3)нелінійний характер впливу концентрації кремнію на процес масопереносу вуглецю в чавунах; кремній значно сповільнює розчинення графітів в чавунах, якщо концентрація вуглецю більше 3,0 %; спостерігається кореляційна залежність між поверхневим натягом і активністю кисню в розплавах на основі заліза при розкислені та модифікуванні їх різними елементами; добавка магнію або ітрію в розплав системи Zr-Cu-Ni-Al при збільшенні температури в початковий момент призводить до зменшення контактного кута змочування, а при досягненні температури 1443 К ? починає збільшуватися, що повязано зі здатністю цих елементів рафінувати розплав і утворювати нові підложки на міжфазній границі; Показано, що при змочуванні кварцу цими розплавами спостерігається різке зменшення контактного кута змочування в інтервалі температур 1673-1773 К, що повязано зі структурним фазовим переходом кварц - кристобаліт, температура якого складає 1686 К.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ