Вплив температури перегріву металевих розтопів на переохолодження їх перед кристалізацією

А. С. Нурадінов, В. Л. Мазур, К. А. Сіренко, О. В. Чистяков, І. А. Нурадінов

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бул. Акад. Вернадського, 34/1, 03142, Київ

Отримано: 13.09.2024; остаточний варіант - 15.11.2025. Завантажити: PDF

Робота присвячена вивченню впливу перегріву розтопів металів на їх переохолодження перед кристалізацією. Топлення та кристалізація - це важливі технологічні процеси для одержання якісних литих заготовок. Безпосереднє вивчення процесів, пов’язаних з розливкою металів та їх стопів надзвичайно ускладнене тим, що вони є непрозорими, протікають за дуже високих температур та іноді проходять в агресивному середовищі. У зв’язку з цим для проведення даних досліджень нами застосований метод фізичного моделювання, в яких як об’єкти вивчення, використані низькотемпературні металеві стопи Вуда та Розе та органічні середовища дифеніламін та камфен. Для проведення досліджень було створено спеціяльну експериментальну установку та розроблено методику фізичного моделювання. В експериментах з кожного модельного стопу на електронних вагах з точністю зважування 0,01 г готували по три дослідних зразка однакової маси. Для забезпечення абсолютної ідентичності умов топлення та кристалізації модельних стопів усі три дослідні зразки одночасно поміщали у камеру, що термостатується. Зразки поступово нагрівалися до розтоплення та перегріву до певного рівня. Після витримки розтопу в перегрітому стані його охолоджували до температури утворення зародків, яку фіксували за допомогою термопар. Сигнал від термопар спостерігали на екрані потенціометра у вигляді абсолютних цифрових значень температур, а на екрані ноутбука - у вигляді температурних кривих охолодження розтопів дослідних середовищ. Величину переохолодження розтопу, при якому у них відбувається зародження кристалів, визначали за характерними ознаками на температурній кривій охолодження модельного середовища - появі плат на них через виділення тепла кристалізації. В експериментах на прозорих органічних середовищах (камфен та дифеніламін) точність фіксації величини переохолодження в їх розтопах за допомогою термопар контролювали ще й візуально, спостерігаючи за моментом зародження кристалів у них. В результаті проведених досліджень встановлено, що вплив перегріву на переохолодження досліджених стопів, найімовірніше, обумовлений зміною концентрації обмежено розчинних домішок. Таке припущення ґрунтується на тому, що розчинення домішок у розтопі будь-якого металу відбувається внаслідок дифузії, що є відносно тривалим у часі процесом і для отримання більшої однорідності розтопу металу необхідно або підвищити температуру його перегріву, або забезпечити тривалішу його витримку в перегрітому стані. Результати проведених досліджень підтвердили ці припущення. Із підвищенням ступеня розчинення домішок змінюється переохолодження модельних розтопів, що обумовлено зміною фізико-хемічних властивостей при зародженні кристалів.

Ключові слова: модельні стопи, розтоп металу, температура перегріву, переохолодження, обмежено розчинні домішки, зародження кристалів.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i10/1125.html

PACS: 81.10.Fq, 81.10.Aj, 64.70.Dg, 61.72.S, 82.60.Nh


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. D. E. Ovsienko, Zarozhdenie i Rost Kristallov iz Rasplava [Nucleation and Growth of Crystals from the Melt] (Kyiv: Naukova Dumka: 1994).
  2. A. A. Abramov, V. G. Tkachenko, A. A. Sherecky, I. N. Maksimchuk, and A. S. Vovchok, Electron Microscopy and Strength of Materials: Collection of Scientific Works. Kyiv: IPM of the National Academy of Sciences of Ukraine, 20: 52 (2014) (in Russian).
  3. Y. Jinku, Q. Qi, L. Lian, J. Qihua, and N. Dongying, Phase Transitions, 83, No. 7: 543 (2010).
  4. Q. Mei and J. Li, Materials, 9, No. 1: 1 (2016).
  5. B. A. Mueller and J. H. Perepezko, Metall. Trans. A, 18: 1143 (1987).
  6. J. H. Perepezko, D. U. Furrer, and B. A. Mueller, Dispersion Strengthened Aluminum Alloys (Eds: Y-W. Kim, W.M. Griffith) TMS, Warrendale, PA, 1988, pp. 77-102.
  7. B. Yang, J. H. Perepezko, J. W. P. Schmelzer, Y. Gao, and C. Schick, J. Chem. Phys., 140: 1 (2014).
  8. B. Zhao, L. Li, F. Lu, Q. Zhai, B. Yang, C. Schick, and Y. Gao, Thermochimica Acta., 603: 2 (2015).
  9. M. J. Uttormark, J. W. Zanter, and J. H. Perepezko, J. Cryst. Growth, 177: 258 (1997).
  10. V. D. Aleksandrov and S. A. Frolova, Inorg. Mater., 40, No. 3: 227 (2004) (in Russian).
  11. V. D. Aleksandrov and S. A. Frolova, Russian Metallurgy, 1: 14 (2014) (in Russian).
  12. A. S. Nuradinov and M. R. Nakhaev, Processes of Crystallization and Structure Formation of Cast Billets (Grozny: FGBOU VO ChSU: 2020), p. 170 (in Russian).
  13. A. H. Dymnich and I. V. Korniets, Fundamentals of the Theory of Similarity and Physical Modeling (Kyiv: Nash Format: 2016), p. 172 (in Russian).
  14. S. P. Eronko and S. V. Bykovskikh, Physical Modeling of Processes of Out-of-Furnace Treatment and Casting of Steel (Kyiv: Tehnika: 1998), p. 136 (in Russian).
  15. A. S. Nuradinov, O. V. Nogovitsyn, V. P. Shkolarenko, I. R. Baranov, and I. A. Nuradinov, Process of Casting, 3: 27 (2023) (in Ukrainian).
  16. V. A. Efimov and A. S. Eldarkhanov, Technologies of Modern Metallurgy (Moscow: Novie Tekhnologii: 2004), p. 784 (in Russian).