Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și activitatea lor vor fi foarte recunoscători.
Mecanismul efectului diferiților modificatori asupra structurii unui metal turnat
Prin natura efectului, modificatorii pot fi împărțiți în trei tipuri: modificatori de tipul 1, al doilea și al treilea tip. Modificatori ai structurii de influență de tipul 1 prin schimbarea caracteristicilor energetice (energia de activare și tensiunea superficială) a nucleării unei noi faze; modificatori de tipul celui de-al doilea, așa cum se crede în majoritatea surselor literare, schimbă structura care o influențează, ca embrioni ai fazei solide; Modificatorii tip a 3 - frigidere / inoculator - reducerea temperaturii de metal și de a spori viteza de cristalizare, astfel inhibarea dezvoltării elementelor de segregare.
Modificatorii de acest tip includ impuritățile care sunt solubile nelimitat în faza lichidă și slab solubile în faza solidă (0,001 ... 0,1%). Aceste impurități, la rândul lor, pot fi împărțite în două tipuri: nu schimbă proprietățile de suprafață ale fazei de cristalizare (a) și modifică tensiunea superficială la interfața cristal topit (b). Impuritățile solide de tipul "a" pot inhiba creșterea fazei solide numai datorită barierei de concentrație la limita cristalului-topitură (cu coeficientul de distribuție k <1 концентрация второго компонента в приграничном слое жидкой фазы выше, чем в твердой фазе). При этом не происходит изменения энергетических характеристик процесса. Добавки типа «б », снижающие поверхностное натяжение на границе расплав кристалл и избирательно концентрирующиеся по этой причине на поверхности кристаллов (дендритов), называют поверхностно-активными.
Substanțele active de suprafață pot crea un strat de adsorbție continuă. Acest lucru înseamnă că absența substanțială a agentului tensioactiv, modificatorul solubilitate într-o fază solidă este formată în jurul elementelor modificatoare lichid teaca îmbogățit. În acest caz, viscozitatea topiturii cochiliei poate crește substanțial, ceea ce, la rândul său, reduce viteza de difuzie a atomilor la embrion. Cu o scădere a afluxului de atomi la embrion, creșterea cristalelor este îngreunată.
Formarea unui astfel de strat bogat de impurități / modificatori înaintea frontului de cristalizare în condițiile unei îndepărtări continue a căldurii conduce la o creștere a supracoolării în stratul lichid înaintea frontului de cristalizare.
Acțiunea aditivilor de tipul "b" se bazează pe o scădere a valorii tensiunii superficiale y la interfața cristal-topită. Astfel de aditivi (impurități) se numesc suprafețe active în faza de cristalizare. Acestea reduc intervalul de temperaturi de metastabilitate (supracolizarea minimă, care depășește ceea ce asigură originea centrelor de cristalizare). Tendința de adsorbție este determinată de raportul generalizat (momentul) încărcării ionice la raza cristalografică. Dacă momentul generalizat al ionului aditiv activ de suprafață este mai mic decât momentul generalizat al metalului, acest aditiv va reduce tensiunea superficială.
Complexitatea acțiunii impurităților solubile de suprafață solubile este legată de faptul că, împreună cu o schimbare a tensiunii superficiale, ele pot schimba energia de activare. Impuritățile solubile în faza lichidă și insolubile în faza solidă, cu creșterea cristalelor, creează, așa cum s-a menționat mai sus, o concentrație crescută în stratul lichid adiacent cristalelor în creștere. Astfel, ele împiedică creșterea cristalelor și cresc energia de activare necesară pentru schimbul de atomi între fazele lichide și cele solide. De aceea, de obicei, amestecul surfactant, împreună cu scăderea tensiunii superficiale de accelerare a centrelor de nucleație, crește energia de activare, este adsorbit pe suprafața cristalelor de creștere tranziție dificilă a atomilor din faza lichidă la solid. În același timp, o creștere a energiei de activare încetinește nuclearea de noi centre și reduce rata de creștere a acestora.
Astfel, introducerea modificatorilor de primul tip este însoțită de o schimbare a tensiunii de suprafață și a energiei de activare în direcții opuse. Deoarece o creștere a energiei de activare datorată adsorbției impurităților pe fețele cristalelor contribuie la scăderea vitezei de creștere a cristalelor, aceasta determină o coagulare a structurii dendritice a boabelor. Astfel, sub acțiunea modificatorilor de primul fel, este în mod simultan șlefuită de macrograină și mărită prin micrometrie, adică există un efect complex asupra macro- și microstructurii.
Mecanismul de acțiune de mai sus al modificatorilor de acest tip a fost confirmat în studiile experimentale atunci când se studiază modificarea oțelurilor de înaltă aliere cu magneziu, bor, ceriu, bariu. În același timp, a fost dezvăluită o scădere a tensiunii superficiale a metalului și a tendinței acestuia de a supracooliza cu introducerea de aditivi. Valoarea minimă a tensiunii superficiale a metalului modificat corespunde celei mai mici dimensiuni a granulelor.
Modificatori de tipul 1 pentru diverse metale și aliaje
Pe baza generalizării diferitelor lucrări, sunt formulate următoarele condiții pentru selectarea aditivilor (particulelor) insolubili cu cea mai mare capacitate de modificare:
- este necesar să se utilizeze substanțe insolubile refractare care formează o fază independentă în topitură;
- particulele fazei solide trebuie să respecte, în cea mai mare măsură, principiul corespondenței structurale și dimensionale;
- particule dispersate mai eficiente, cu o interfață totală mare și comparabile în funcție de dimensiunile grupurilor de ordine de la 1 ... 10 nm;
- este de dorit ca particulele să aibă proprietăți metalice (prin tip de legătură chimică);
- Cele mai eficiente particule sunt compuși chimici stabili de origine endogenă, adică Formată în topitură ca urmare a interacțiunii aditivului cu unul dintre componente sau cu baza aliajului;
- în majoritatea cazurilor, aditivii eficienți formează un compus intermetalic și un eutectic (sau peritectic) cu un punct eutectic puternic compensat față de componenta de bază cu baza aliajului.
Exemple de modificatori de tipul II
Fosfor 0,05-0,1% sau sulf
Introducerea centrelor de cristalizare (fosfid de aluminiu AlP), zdrobirea siliciului primar
Se formează compuși refractari de Al2O3. TiN
Gri din fontă, cu grafit lamelar
Modificator de grafitare - siliciu; modificatori de stabilizare - mangan, crom, staniu, cupru, antimoniu etc.
Introduceți silicocalciu SK30 (0,3-0,6%) sau ferosiliciu FS75 (0,5-0,8% din greutatea fontei). Scop: măcinarea grafitului și reducerea înclinației fontei la albire
modificator de metal turnat
Un număr de cercetători cred că modificatorii de tipul celui de-al doilea pot fi, de asemenea, formați din modificatori de primul fel. Astfel, natura acțiunii modificatorilor de primul tip, de exemplu bor în oțel, se poate schimba atunci când compușii chimici ai formei de modificare formează cu alte elemente. În acest caz, noul compus chimic va juca în cele din urmă rolul unui modificator independent. În anumite condiții, acești compuși pot fi activi la suprafață, în timp ce în altele aceștia sunt inactivi (nu reducând, dar crescând tensiunea superficială). Astfel, borul din oțel poate forma un compus chimic persistent cu Fe2B de fier. care va servi ca centru de cristalizare ca un modifier al celui de-al doilea tip (impuritate insolubilă). Atunci când aluminiul este introdus în oțel, este posibil să se formeze nitruri de aluminiu, care vor crea, de asemenea, centre de cristalizare.
Atunci când modificarea siliciu turnat fier pentru a produce fier cu grafit lamelar este format în topitură „turbidității silicat“ (siliciu fiind grafitizatorom, promovează aspectul grafit cântat - centre de grafitizare). În acest caz, albirea este eliminată, structura este zdrobită (se formează mici plăci de grafit). În același timp, numărul de incluziuni grafite scade și proprietățile mecanice, creșterea omogenității lor, rezistența ridicată la uzură, prelucrabilitatea produselor turnate. Cele mai bune rezultate ale modificării sunt obținute cu un conținut redus de siliciu și carbon în fonta cenușie originală.
Modificarea cu aditivi care favorizează apariția centrelor de cristalizare este însoțită de o scădere a supracoleirii (spre deosebire de modificarea cu aditivi activi de suprafață adsorbiți pe suprafața cristalelor în creștere).
Punerea în funcțiune inoculators prin topire cristalizabili îmbunătățește omogenitatea și dispersia structurii turnate, optimizarea formei și distribuției incluziuni nemetalice, micșorarea unor defecte de turnare (porozitate, spongiozitate, axiale și în afara axei de separare a fazelor), ceea ce îmbunătățește semnificativ proprietățile și metalul topit izotropie:
- la o rezistență aproximativ egală cu 30 ... 50% și mai mult (până la 2,5 ... 3,0 ori) caracteristicile plastice ale metalului cresc și cu 25 ... 30% duritatea sa;
- efectul maxim de creștere a proprietăților de plastic în mijlocul (la jumătatea razei) și în zonele axiale indică o creștere semnificativă a omogenității fizico-chimice și a izotropiei proprietăților metalului de-a lungul secțiunii lingoului;
- scăderea anizotropiei proprietăților de suspensie ale metalului în direcția longitudinală în zona suprafeței datorită eliminării structurii cristaline columnar, care este de obicei tipic pentru acest domeniu.
- creșterea nivelului și izotropiei caracteristicilor ductilității și durității oțelului cauzate de introducerea pulberilor persistă chiar și după forjare (până la 5 ... 10 ori);
- ductilitate lingou turnat odată cu introducerea inoculators exogene, aproape de această cifră forjate din metal sau ating valori maxime deja la mici 1,5- și 3 ori ukovah, duritatea nu scade după 5 ... ukova de 10 ori.
Cu toate acestea, în ciuda îmbunătățirii macrostructurii lingourilor și pieselor turnate, utilizarea pulberii metalice, turnarea ca inoculanți conduce la o creștere a contaminării oțelului cu incluziuni nemetalice, în principal oxizi. Utilizarea limitată a acestei tehnologii este cauzată de complexitatea lanțului tehnologic de obținere a inoculatorilor dispersați (pulbere, împușcat), pentru care este necesar să le protejăm de oxidare în timpul depozitării, transportului și intrării în lingou. În plus, metodele și dispozitivele disponibile pentru tratarea oțelului lichid prin inoculatori dispersați nu au fost implementate pe scară largă din cauza tehnologiei de intrare insuficient dezvoltate, a complexității operaționale și a unor defecte de proiectare.
O direcție promițătoare în domeniul îmbunătățirii tehnologiei de inserție a inoculatorilor și controlului structurii metalului este metoda de formare a inoculatorilor într-un jet atunci când se toarnă lingouri mari într-un vid. Cu această metodă, casting propus de Zhulyov SI. Particulele injectate au o compoziție chimică cu topitura. Formarea particulelor solide în acest caz este asigurată de o separare suplimentară a jetului topit cu crearea condițiilor pentru cristalizarea picăturilor în timpul intrării lor în matriță.
Odată ajuns în inoculator metalic duce la o răcire locală a metalului topit prin congelare mai întâi ele are loc solid maro, care în continuare din cauza căldurii din topitură înconjurătoare topită ulterior se topește inoculator. Astfel se topesc inoculator căldura retrasă proprie de încălzire și topire, reducând astfel temperatura topiturii. Efectul de răcire se face de către acestea, în final duce la o creștere a ratei de cristalizare, care la rândul său afectează reducerea inhomogeneity într-o piesă de lucru și îmbunătățirea omogenității proprietăților mecanice în produse mari forjate destinație responsabilă segregarea. Cu mase în creștere de inoculatori introduși, rata de cristalizare crește.
Utilizarea modificatorilor complexi este dictată de mai multe motive:
- acțiunea combinată a doi sau mai mulți modificatori mărește efectul obținut prin utilizarea unui singur modificator. Acest lucru se datorează nucleatia menționat mai sus pe stratul de impurități insolubile în fază lichidă cu hipotermie difuzie cauzată de introducerea impurităților solubile (în special surfactant);
- Combinația de modificatori cu efecte fizice sporește efectul modificatorilor și creează posibilitatea de a obține structuri deosebit de mici și speciale.
Există modificatori complexi de trei tipuri:
- Rafinare, conținând elemente active Mn, Si, Ca, Mg, Al, P3M, etc;
- întărire, conținând carburi, boruri, nitruri, care se formează în aliaj ca rezultat al interacțiunii elementelor corespondente și contribuie la întărirea dispersiei substratului;
- rafinare-întărire, care conțin elemente active și compuși.
Modificatori cuprinzând elemente active cum ar fi pământuri rare, Ba, Ca, un mijloc eficient de a schimba natura și forma incluziuni nemetalice, pentru a obține tipul cel mai preferat de incluziuni de oxid în sulfurile coajă.
Utilizarea nitriților din oțel vanadiu, titan, zirconiu, aluminiu, prin introducerea unor ligaturi speciale sau a unor feroaliaje nitride în oțel a devenit utilă. Drept rezultat, particulele dispersate de nitrura și carbonitridă sunt izolate în oțel în timpul răcirii și temperării ulterioare. Atunci când se modifică oțelurile structurale cu nitruri de vanadiu, boabele de austenită sunt zdrobite cu 3-4 puncte, o creștere a ductilității, durității și rezistenței.
Trimiteți-le prietenilor: