Esența procesului, tipurile de modificare
Modificarea este procesul de schimbare direcțională a structurii unui metal turnat sau aliaj sub influența unor cantități mici (
până la 0,1%) aditivi special introduși sau metode fizice pentru prelucrarea topiturii lichide și a cristalizării.
În conformitate cu teoria termodinamică a cristalizării aliajelor metalice la fiecare temperatură particulară, preferința pentru formare și stabilitatea fazelor sunt determinate de schimbarea energiei Gibbs a sistemului (# 916; G). Cu cât valoarea este mai mică G, cu cât faza este mai stabilă. Pentru a începe procesul de cristalizare, este necesar să se răcească topitura într-o oarecare măsură sub temperatura de cristalizare a echilibrului (a se vedea figura 3.6). Valoarea critică supercoolizantă T va fi determinată de diferența dintre tcr și temperatura reală de cristalizare și pentru fiecare modificator vor fi diferite. Starea metastabilă a fazelor și viteza de nucleare a centrelor de cristalizare pot fi controlate prin variația tensiunii de suprafață la interfața lichid-solid # 963; f-tv și Datorită introducerii în topitură a oțelului a particulelor solide străine și a impurităților solubile ale agentului activ de suprafață ale modificatorilor.
Există două grupuri de modificatori.
Primul grup include substanțe care formează o suspensie cu dispersie înaltă în topitură. Particulele din această suspensie servesc drept embrioni de cristalizare, în jurul căruia se formează și cresc cristalele. Astfel de modificatori pot fi metalele refractare sau compușii lor, particulele acestora fiind suspendate în perioada de pre-cristalizare. Acești modificatori sunt supuși următoarelor cerințe:
- Punctul de topire al modificatorilor trebuie să fie mai mare decât temperatura de turnare a oțelului;
- rețeaua cristalografică a elementului de bază al modificatorului sau legătura acestuia cu elementele care alcătuiesc oțelul trebuie să aibă corespondență structurală cu rețeaua de fier;
- Densitatea modificatorului trebuie să fie apropiată de densitatea topiturii pentru a preveni plutirea;
- modificatorii trebuie bine umeziți de topitură.
Cel de-al doilea grup include agenți tensioactivi, care sunt capabili de adsorbție pe suprafața cristalelor în creștere și de inhibarea creșterii lor. Adsorbția are loc pe fețe neuniform. Ca urmare, dezvoltarea fețelor individuale ale cristalului este întârziată, ceea ce duce la o schimbare a formei sale. În plus, încetinirea ritmului de creștere a cristalelor este însoțită de o creștere a numărului de centre de cristalizare, care contribuie, de asemenea, la rafinarea structurii.
Acești modificatori sunt supuși următoarelor cerințe:
- solubilitate nelimitată în topiturile de fier;
- insolubilitate (sau solubilitate extrem de redusă) în faza solidă, coeficientul de solubilitate fiind aproape de zero;
Activitate vâscoasă înaltă;
- capacitatea de a forma compuși refractari cu elemente și impurități care alcătuiesc oțelul, ceea ce ar corespunde principiului conformității structurale;
- capacitatea de a mări energia de suprafață a fazei lichide și de ao reduce la limita fazelor solide și lichide:
În acest caz, cantitatea de lucru pentru formarea nucleului tridimensional scade și valoarea razei sale critice scade.
Prin mecanismul de acțiune asupra structurii oțelului, modificarea poate fi împărțită în trei tipuri.
1. Structura Măcinare este realizată prin formarea unui nucleaŃie suplimentar de oțel topit în topitură prin introducerea embrionilor refractare prefabricate, sau prin formarea lor în topitură, cum ar fi TiN, ZrN, TiCN și altele.
2. Șlefuirea structurii datorită restrângerii creșterii cristalelor când elementele de suprafață sunt introduse în oțelul lichid. pentru oțelurile astfel de elemente utilizate pe scară largă sunt: B, Mg, Ca, Ba, Y, La, Ce. De obicei, ele sunt administrate sub formă de feroaliaje și ligaturi, de exemplu Ferroboron, Feroceriul, silicocalcium, alyumosilikobary, compuși de fier. - siliciu - magneziu, calciu, pământuri rare etc. După turnarea metalului, ca rezultat al subrăcire solidelor razuyutsya - embrioni în jurul cărora încep să crească cristale. Nu sau solubilitate neglijabilă a modificatorului în rezultatele în fază solidă, în care se formează în jurul elementelor modificatoare lichid teaca îmbogățit. Când viscozitatea crește semnificativ de topitură de membrană, care reduce viteza de difuzie a atomilor de fier pentru fat:
unde D este coeficientul de difuzie a fierului; constanta Boltzmann;
T este temperatura topiturii; și coeficientul de vâscozitate dinamică;
r este raza atomului modificator.
O creștere a coeficientului de vâscozitate dinamică reduce coeficientul de difuzie a atomilor de fier.
În același timp, temperatura de topire a carcasei scade datorită unei creșteri a concentrației elementului modificator. Creșterea cristalelor este suspendată și este necesară supracolirea suplimentară pentru a continua cristalizarea. În faza lichidă apar noi embrioni.
În faza lichidă apar noi embrioni. Ca urmare a unui astfel de proces pas cu pas, structura metalului din turnare este zdrobită.
3. Modificarea incluziunilor nemetalice. Introducere în oțelul topit, astfel modificatorii permite să acționeze simultan asupra naturii oxizi, sulfuri, nitruri și incluziuni mai complexe. Carbonul, oțeluri aliate și piese turnate turnate din aceste modificări un plastic de corelare și proprietățile de rezistență sub influența modificatori asupra compoziției, forma, mărimea, numărul și distribuția de sulfură, oxid, oxisulfură, nitrură, fosfură și alte incluziuni nemetalice. Eliminarea incluziuni de film și eliminarea lor globularization acumulările locale crește ductilitate, tenacitate și alte proprietăți ale pieselor turnate. Cele mai utilizate pe scară largă sunt Ca, Mg, Ba, Ce, Ti, La, Y.
Cele mai bune rezultate pentru o schimbare favorabilă a structurii este realizată la o combinație a tuturor tipurilor de modificare, este posibilă atunci când procesarea unui oțel topi complecși de modificare, cum ar fi Ti - B - Ca, Ti - Ce - B, Mg-Zr-Ce, Ti - V - Ca și colab. efectul modificatorului manifestat reducerea simultană mărimea granulelor și măcinarea ramurilor dendritelor înșiși și constituenți din aliaj de faza, modificarea incluziuni nemetalice.
Modificatorii sunt introduși în topitura oțelului înainte de a fi evacuați din unitatea de topire, în timpul descărcării sub jetul metalic sau în ladă, atunci când oțelul este turnat în matriță. În funcție de tipul de modificator, puteți utiliza oricare dintre metode. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că modificatorii au o afinitate ridicată pentru oxigen. Prin urmare, ele trebuie introduse într-o oțelă bine dezoxidată. Deseori procesele de dezoxidare și modificare se combină. Acest lucru ia în considerare consumul modificatorului pentru deoxidarea oțelului.
Modificatorii termodinamic activi (Ca, In, Ti, Ce, La, Y, Zr, Mg, Ba, etc.) și complexele acestora este administrat înainte de eliberarea oțelului din cuptor sau când se descarcă în oala de turnare. Alegerea metodei de introducere depinde de condițiile de producție.
Metodele fizice de modificare includ prelucrarea topiturii de cristalizare prin ultrasunete, vibrații, câmp electromagnetic.
• (interval de oscilație de la 5 × 10 3 de 10 acompaniat de 6 Hz) ultrasunete reduce mărimea medie a granulei, structura dendritică elimina, reduce segregarea mărește uniformitatea structurii, și macină realocă incluziuni nemetalice. Cu toate acestea, complexitatea designului de hardware face dificilă utilizarea acestei metode în condiții industriale.
• Vibrația (frecvența de la 1 oscilație pe secundă și mai mare cu amplitudine variabilă) ajută la îndepărtarea gazelor din topitură și obține o structură omogenă, distruge dendrite mari în timpul întăririi turnării, reduce segregarea. Pentru a dezvolta o tehnologie stabilă, această metodă necesită cercetări suplimentare, precum și alte metode de impact fizic asupra metalului cristalizat.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: