автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование огрубления дендритов и разработка метода регулирования структуры и свойств углеродистых сталей

На правах рукописи

Горемыкина Светлана Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРУБЛЕНИЯ ДЕНДРИТОВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

ии344С712

Специальность 05 02 01 Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 СЕН 2008

Волгоград - 2008

003446712

Работа выполнена на кафедре «Машины и технологии литейного производства» Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ильинский Владимир Александрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Шапочкин Василий Иванович

кандидат технических наук, доцент Гуревич Леонид Моисеевич

Ведущая организация ФГПУ «ПО Баррикады»

Защита диссертации состоится < _2008г в /рч

часов на заседании

диссертационного совета Д 212 028 02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400131, г Волгоград, проспект В И Ленина, 28, ауд 209

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Автореферат разослан « •/» 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Кузьмнн С. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Улучшение эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов связано главным образом с повышением физической и химической однородности металла, уменьшением макроскопических и микроскопических дефектов, значительная часть которых возникает в период формирования кристаллической структуры отливок

Существенный вклад в развитие теории кристаллизации и совершенствование методов регулирования структуры внесли работы Д К Чернова, Н В Хворинова, Д Д Саратовкина, Н И Голикова, М Флемингса, В А Ефимова, А А Бочвара, Б А Мовчана, У Вайнгарда и многих других российских и зарубежных ученых

В настоящее время формирование дефектов внутреннего строения металла отливок связывают с неизбежной неравномерностью температурных полей затвердевающей отливки и скачкообразными объемными изменениями в системе при фазовых Ь—>8 переходах

Движение расплава для компенсации объемной усадки происходит путем фильтрации под действием перепада давления и определяется морфологией каналов между формирующейся твердой фазой Например, когда дендритные кристаллы образуют жесткую систему, в которой фильтрационное перемещение расплава между ветвями затруднено, воздействовать на лучшую пропитываемость термических узлов очень сложно, и в структуре металла формируются мелкие усадочные поры Профилактика этих дефектов кристаллического строения не всегда дает желательный результат

В настоящее время наиболее существенного прогресса в получении качественной структуры и свойств добиваются направленной кристаллизацией и *амед-лением скорости охлаждения расплава в прибылях

Вместе с тем, первоначально сформировавшийся дендритный каркас литых деталей является нестабильной структурой и обязательно испытывает так называемый процесс огрубления ветвей, от величины которого будут меняться и фильтрационные параметры системы Однако, каких-либо проверенных термокинетических или термодинамических воздействий на эффект огрубления дендритных ветвей для повышения пропитываемости отливок и, как следствие, улучшения их структуры и свойств на сегодняшний день не известно

В этой связи, систематические исследования особенностей протекания эффекта огрубления дендритных кристаллов и поиск на этой основе новых технических решений по повышению качества стальных заготовок для машиностроения является актуальной задачей, имеющей научное и прикладное значение

В работе предпринята попытка разработки научно обоснованных методов управления дисперсностью первичных структур в сталях и сплавах для формирования в литых заготовках узлов и агрегатов машин заданных технологических и служебных свойств

Актуальность работы подтверждается ее соответствием заданиям тематического плана НИР Агентства по высшему образованию РФ (2003-2008 гг )

Цель работы и задачи исследования. Целью работы было получение в стальных заготовках для машиностроения заданных структуры и свойств путем направленных воздействий на степень огрубления дендритов при кристаллизации

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи

1 Изучить особенности механизма огрубления дендритных ветвей в сталях и сплавах

2 Разработать методику количественной оценки степени огрубления дендри-

тов

3 Исследовать влияние различных факторов на огрубление дендритов, а также взаимосвязь первичной структуры и свойств углеродистых сталей

4 Разработать технологичный метод экспрессного регулирования дендритной структуры и свойств углеродистых сталей

Научная новизна работы состоит в выявлении ранее неизвестных взаимосвязей состава углеродистых сталей с морфологией дендритных ветвей и в разработке на этой основе нового метода регулирования структуры и свойств

1 Показано, что огрубления ветвей для каждого состава стали строго индивидуально и зависит от величины ее интервала кристаллизации

2 Установлено, что степень огрубления дендритов и микрохимическая неоднородность ликвационного происхождения взаимосвязаны обратно-пропорциональной зависимостью, которая позволяет изменять в заданных соотношениях эти характеристики в углеродистых сплавах

3 Разработан принципиально новый метод полиэдрации (уменьшение мерности) многокомпонентных систем нелегированных и низколегированных углеродистых сталей по активности углерода, позволяющий выполнять прогнозную оценку интервалов кристаллизации, структуры и свойств этих сталей

Практическая значимость. Установлена возможность за счет повышения степени огрубления дендритов воздействовать на снижение микрохимической неоднородности, а также на уменьшение величины усадочной пористости и стабилизацию пластических свойств углеродистых сталей

Повышение степени огрубления дендритов на 20% позволяет с 70% достоверностью исключить возможность получения в стали усадочной пористости и пониженных пластических свойств

Адекватность и эффективность основных результатов диссертационной работы подтверждена опытно-промышленными испытаниями в условиях сталелитейного цеха ВГТЗ (ОАО «РОСМАШКОМ»)

По результатам опытно-промышленного опробования разработан метод экспрессного регулирования дендритной структуры и свойств стали 45ФЛ непосредственно в процессе выплавки путем направленной коррекции состава по кремнию

Достоверность результатов исследования достигалась использованием высокоточного оборудования

В работе применяли рентгеноспектральный микрозонд «СатеЬах - МХ50», приборный комплекс для дифференциально-термического анализа кристаллизации «Кристаллодиграф» (Польша), фотоэлектрический электроэмиссионный кванто-метр АК1 3460, оптические микроскопы «ЫеорЬо1-21» и ОЫМРШ ВХ-61, структурный анализатор «Эпиквант», универсальные компьютерные программы, адаптированные для проведения количественной металлографии и др

Результаты исследований обрабатывались методами математической статистики с применением ЭВМ

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследования докладывались на следующих конференциях и семинарах Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005 г), Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2004, 2005, 2006 гг), ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2005, 2006, 2007 гг) и научных семинарах кафедр «Машины и технологии литейного производства» и «Технология материалов» ВолгГТУ, г Волгоград

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения Работа содержит 144 страницы машинописного текста, 60 рисунков и 10 таблиц Список использованной литературы включает 153 наименования, в приложении представлен акт опытно-промышленного опробования рекомендаций работы в сталелитейном цехе ВГТЗ (ОАО «РОСМАШКОМ»)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту Представлена общая характеристика содержания диссертации по главам

В первой главе выполнен анализ существующих представлений о дендрш-ной кристаллизации, эффекте огрубления дендритных кристаллов Рассмотрены фундаментальные положения о взаимосвязи дисперсности дендритов с величиной усадочной пористости и интервалами кристаллизации сталей Сформулированы цель работы и задачи исследования

Во второй главе приведены общая и частные методики проведения экспериментов, позволяющие решать поставленные в работе задачи исследования Обоснован выбор объектов исследования

При изучении огрубления дендритных кристаллов в качестве объектов исследования были выбраны образцы углеродистых сталей и чугунов, в термических узлах которых формировалась усадочная пористость Только в районе усадочной пористости можно было обнаружить дендритные кристаллы, вершины которых выявились на шлифе из-за декорирования их пустотами

Полагали, что в полостях усадочных дефектов из-за нарушения контакта растущих дендритов с жидкой фазой вершины кристаллов, прерывая свой рост, могли зафиксировать "первоначальные" толщины (с!) дендритных ветвей и расстояния между ветвями второго порядка {),), отличающиеся от условий штатной кристаллизации, то есть в монолитном металле

Для выявления вершин растущих дендритных кристаллов исследовали участки усадочной пористости, используя последовательные переполировки шлифов, а также измеряя дендриты в концентрированных усадочных раковинах Последовательные переполировки применялись из-за того, что не в каждой плоскости шлифа удавалось обнаружить вершины дендритных кристаллов, декорированные усадочной пористостью

Разработанная методика количественного исследования степени огрубления ветвей основывалась на сопоставлении дендритных параметров (X;) у вершин ден- , дритов, декорированных усадочной полостью, и в монолитном металле (Х2), то есть в зонах штатной и прерванной кристаллизации.

Для количественной оценки степени огрубления дендритов применяли образцы, в термических узлах которых можно было наблюдать контактирующие зоны монолитного металла и сосредоточенной усадочной пористости.

Пригодной для определения степени огрубления ден дритов являлась только < пористость, распространяющаяся на значительные объемы термического узла. Локализованная пористость, типа осевой рыхлоты, а также концентрированные усадочные раковины, как правило, оказывались не пригодными для расчета степени огрубления ветвей.

Количественно степень огрубления дендритов в исследуемых сталях оценивали по отношению расстояний между ветвями второго порядка у кристаллов, расположенных в зоне монолитного металла - зона штатной кристаллизации (Х2), к аналогичным параметрам дендритов из зоны усадочной пористости - зона прерванной кристаллизации (X)).

Полученные в этих исследованиях результаты в дальнейшем перепроверялись на таких дорогостоящих образцах, как крупные изолированные кристаллы Чернова, вырезанные из темплетов стальных слитков.

Выбранные в качестве объекта исследования столбчатые кристаллы проникали в полость усадочной раковины слитка на глубину 8-20мм, образуя пирамидальные вершины (рис.1).

Столь значительные по размерам зоны прерванной кристаллизации позволили применить для их исследования количественную металлографию и при этом относить результаты к двум частям одного и того же дендрита.

Вырезка кристаллов осуществлялась так, что наряду с вершинами дендритов, проникающими в усадочную полость, со- | храняли частично их продолжения в монолитном металле. Последнее позволяло сопоставлять дендритные параметры ветвей одного и того же кристалла в двух разных зонах кристаллизации.

Сопоставление дендритных параметров (Х1 и Х2) в двух зонах таких ( крупных кристаллов должно было исключать элемент случайности при перепроверке вновь установленных особенностей роста и огрубления дендритов, выявленных ранее на образцах с усадочной пористостью.

Рис. 1. Общий вид столбчатых кристаллов Чернова из слитка массой 8,5 тонн, стали 40, с зонами прерванной (верх) и штатной (низ) кристаллизации, х 3.

Исходя из определения процесса огрубления дендритов была выбрана методика исследования влияния степени огрубления ветвей на микрохимическую неоднородность Данная методика должна была обеспечить выявление возможной закономерности изменения микрохимической неоднородности от повторного оплавления тонких дендритных ветвей и переноса их вещества через жидкую фазу на более крупные ветви дендритов

Для измерения микрохимической неоднородности сталей и чугунов использовали рентгеноспектральный микрозонд «СашеЬах - МХ50» Трассу сканирования выбирали поперек дендритных ветвей второго порядка

В данной серии исследований измерения микрохимическои неоднородности сталей и чугунов оценивали по величине коэффициента распределения одного только кремния (Ко51)

В этих же сплавах измеряли степень огрубления дендритных ветвей по ранее разработанной методике, сопоставляя измеренные значения дендритных параметров (X) в зоне усадочных пор и монолитного металла Сравнение характеристик ликвации (КоЬ1) и степени огрубления (Х^/Тч) выполняли по мере роста содержания углерода (% С) в Ре-С сплавах начиная от сталей 20, 30,45ФЛ и до чугунов разной эвтектичности

Температурно-временные интервалы процесса огрубления дендритов в сталях изучали методом дифференциально-термического анализа кристаллизации на приборном комплексе ДТА - «Кристаллодиграф»

Кривые охлаждения серии углеродистых сталей и серых чугунов снимали при штатных и замедленных скоростях охлаждения, используя для этого серийные пробоотборники 0 40мм, а также модернизированные 060 и 80мм

При этом рассчитывали зафиксировать тепловой эффект, связанный с огрублением дендритных кристаллов, в виде пикового выделения системой тепла от уменьшения свободной поверхностной энергии

С помощью данного метода непосредственно на кривых ДТА изучали изменения скорости охлаждения в локальных интервалах дендритной и после-дендритной кристаллизации у сталей и чугунов, а также продолжительность общего затвердевания

Изменение фильтрационных характеристик сталей вследствие огрубления ветвей анализировали по степени развития усадочной пористости в отливках фе-фовидных проб Пористость определялась по методике Б Б Гуляева подсчетом количества пор на I см2 с последующей классификацией их по баллам При этом прогнозные оценки, основанные на связи типа диаграмм состояния и свойств согласно теории Н С Курнакова, предусматривали, что увеличение степени огрубления дендритов, при прочих равных, должно уменьшать пористость

Связь степени огрубления ветвей с дисперсностью дендритов, усадочной пористостью стали и ее пластическими свойствами оценивали при проведении промышленного опробования, выполненного в сталелитейном цехе ВГТЗ (ОАО «РОСМАШКОМ»)

Акт испытаний приложен к диссертации В третьей главе изложены материалы исследования дендритов при воздействии различных факторов

Применение методики, использующей сопоставительный анализ дендритов в усадочной пористости для оценки степени их огрубления в разных сталях при различных скоростях охлаждения, позволило получить принципиально новые данные об особенностях протекания эффекта огрубления в сталях и сплавах

Было установлено, что при достаточно близких или даже равных скоростях охлаждения в ограниченных объемом термического узла учас1ках пористого металла, дендриты формируются более тонкими с меньшими расстояниями между ветвями второго порядка

Необычность данного явления состояла в том, чго район усадочной пористости по определению, представляя собой наименее интенсивно охлаждаемую зону, должен был формировать наиболее крупные дендриты, а не наоборот

Тем не менее, точность и достоверность металлографических измерений параметра X, а также достаточно большая база таких измерений и величины доверительных интервалов, исключали возможность ошибки качественного характера

Принятая для объяснения аномальной дисперсности дендритов концепция предполагала отсутствие огрубления ветвей у кристаллов, раньше времени прервавших свой рост из-за потери контакта с жидкой фазой В соо гветствие с этим, огрубление могло происходить только в дендритах штатно завершивших свой рост в участках монолитного металла

Дальнейшее развитие данной концепции составило документальную основу количественного метода изучения степени огрубления дендритов, а также исследования принципиально важных аспектов протекания механизма огрубления в сталях и сплавах

К числу вновь установленных особенностей протекания эффекта огрубления дендритов относится четкая индивидуальность его количественного проявления в разных по составу сталях и сплавах

Результаты статистической обработки металлографических измерений расстояний между ветвями второго порядка (X, и 1-2) дендритов в разных по составу сталях приведены в таблице 1

Таблица 1 - Изменение степени огрубтения дендршои в разных сталях

Материал Среднее значение и доверительный интервал, X, мкм Степень oi-рубления дендриюв, ш,

в монодше, Ai в зоне пор, Xi

110Г13Л 116,5±4,7 63,7±4,1 1,83

Сталь 20 147±6,5 56,6±7,6 2,6

Сталь 40 352±7,3 251±6,6 1,4

Как следует из таблицы 1, завершающая стадия затвердевания фиксирует в монолитном металле стали 20 увеличение размеров дендритных ветвей в 2,6 раза по сравнению с их размерами в зоне усадочной пористости, тогда как в стали 40 увеличение размеров или степень огрубления достигает значения 1,4, а в стали 110Г13Л- 1, 83 раза

На рис,2 видно, что прерванная отступившей жидкостью кристаллизация дендритов произошла на заключительной стадии их роста, когда уже сформировался жесткий каркас. По этой причине зона прерванной кристаллизации имела весьма незначительные по времени отличия от времени кристаллизации дендритов в участках монолитного металла в объеме того же термического узла.

Однако именно в этот ограниченный промежуток времени денд-риты монолитных участков, не потерявшие контакта с жидкой фазой, подверглись масштабному огрублению, увеличив расстояния между ветвями второго порядка и толщину ветвей.

Выявленная особенность огрубления дендритов в сталях и сплавах определяет начало его реализации либо самой последней стадией-дендритнога роста, либо периодом между завершением дендритного роста и началом затвердевания междендритной жидкости.

Третья особенность степени огрубления дендритов была установлена при исследовании образцов, кристаллизующихся с разными скоростями охлаждения в заготовках 0 16, 40 и 60 мм, отлитых из разных марок сталей 20, 40 и 110Г13Л.

Было установлено, что изменение кинетики кристаллизации во всех сталях проявилось в практически трехкратном изменении величин дендритных параметров X. Однако, существенные изменения параметров X не повлекли изменения их отношения Я2Л1 и индивидуальные значения степени огрубления дендритов в этих сталях сохранились неизменными.

Весьма ограниченный интервал варьирования скорости охлаждения, примененный в данных исследованиях, не позволяет распространять полученные результаты в сторону более высоких и низких скоростей охлаждения, но в пределах трех-четырех кратного изменения скорости охлаждения отношения Х^Х\, определяющие степень огрубления, не изменяется.

Следовательно, различия дендритных параметров А., и приведенные в таблице 1, обусловлены исключительно действием механизма огрубления дендритов.

Таким образом, ранее неизвестный факт строго индивидуальных значений степени огрубления дендритов в каждой стали был дополнен независимостью этой величины (Х2/Х\) от скорости охлаждения.

В зонах усадочной пористости изучали также достаточно редкие дендритные кристаллы, проросшие из участков монолитного металла в полости усадочных пор только своими вершинами.

При этом, вершины таких дендритов прекратили свой рост либо вследствие полной потери контакта с жидкой фазой, либо из-за их механической блокировки другими кристаллами. У последних фильтрация расплава могла прерывать уже на-

ф

Л . пористость

монолитныи металл

Рис.2. Аномальная дисперсность дендритной структуры термических узлов (сталь ПОПЗЛ). *50.

чавшийся процесс огрубления ветвей в вершинах на разных стадиях его развития (рис. 3).

Уникальность приведенных на рис.3 кристаллов состоит в том, что удалось совместить с максимально возможной точностью плоскость шлифа с положением ствола дендрита и его вершины.

а б в

Рис.3. Развитие процесса огрубления ветвей на вершинах дендритов, х250: а - огрубление ветвей еще не начиналось; б - огрубление ветвей началось; в - огрубление ветвей близко к завершению.

На рис.3,а вершина дендрита не подвергалась действию эффекта огрубления. Разница в величинах дендритных параметров Х2 и А.) максимальна.

На рис.3,6 рост вершины прекращен вследствие ее блокировки другим кристаллом. Огрубление ветвей началось, но вскоре было прервано отступающим от вершины расплавом. Разница в дендритных параметрах и к2 у этого кристалла существенно снизилась.

На рис.3,в представлен кристалл, рост вершины у которого также был остановлен блокировкой. При наличии жидкой фазы ветви вершины в значительной мере претерпели процесс огрубления, прервавшийся в самый последний момент удалением последних порций жидкой фазы из межзеренных прослоек. Разница в параметрах и оказалась самой небольшой.

Таким образом, чем позже объемная усадка расплава нарушала контакт ветвей вершины дендрита с жидкой фазой, тем в большей мере был реализован эффект огрубления ветвей.

Данными исследованиями на примере одной и той же стали удалось проиллюстрировать диффузионный характер огрубления дендритов при помощи фотографий отдельных кристаллов, фиксирующих разные стадии этого кратковременного процесса.

Анализ этих и других подобных им фотографий позволил уточнить последовательность процесса огрубления;

1.Огрубление дендритов в сталях начинается после прекращения дендритного роста.

2. Огрубление дендритов протекает только в контакте с жидкой фазой.

В этой же главе изучали возможность использования эффекта огрубления дендритов для уменьшения микрохимической неоднородности сталей и их структурной полосчатости.

На примере литой стали 40ХН2МА было показано, что гомогенизирующий отжиг, призванный устранять структурную полосчатость или снизить ее балл в прокате, не всегда приводит к положительным результатам. Так рентгеноспек-тральный анализ образцов стали после различных по продолжительности выдержек при температуре 1100°С убедительно подтвердил, что гомогенизации стали всегда предшествует период ее гетерогенизации (1 час выдержки).

Заметное выравнивание состава стали по О, 81 и № происходило только после весьма продолжительного отжига (рис.4).

Рис.4. Изменение структурной полосчатости (I) и микрохимической неоднородности (II) при гомогенизирующем отжиге: а - исходное состояние; б - гетерогенизация (1 час отжига); в -начало гомогенизации (8 часов отжига). Характер перераспределения выделен штриховкой, А8з>Д51>Д82-

Таким образом, выявленная термическая устойчивость микрохимической неоднородности и ее усиление в первой половине отжига требует применения более продолжительных нагревов для ее уменьшения. А это и трудоемко и дорого.

В этой связи изучали влияние степени огрубления дендритов на микрохимическую неоднородность сталей и сплавов.

Поскольку огрубление дендритов связано с расплавлением наиболее чистых по примесям дендритных ветвей и повторным переносом материала разбавленной междендритной жидкости на более массивные ветви, перепад концентраций между дендритом и междуветвиями вследствие огрубления дендритов должен уменьшаться.

Установлено, что степень огрубления дендритов и микрохимическая неоднородность действительно находятся в обратной зависимости (рис. 5). Чем больше степень огрубления дендритов, тем однороднее по составу сплав.

Показано, что в стали 20 высокая степень огрубления дендритов резко снижает ее микрохимическую неоднородность. Это, в частности выражается в затрудненном травлении низкоуглеродистой стали на ден-дриты, так как перепад концентраций между ветвями и междуветвиями уменьшается.

В высокоуглеродистых сталях и чугуне, наоборот, вследствие низкой степени огрубления ветвей и высокой микрохимической неоднородности структура выявляется очень четко.

Таким образом, возможность регулирования степени огрубления дендритов могла бы сделать микрохимическую неоднородность состава отчасти управляемой.

Температурно-временной интервал процесса огрубления дендритов изучали дифференциально-термическим анализом при кристаллизации сталей и чугунов.

Было показано, что разный характер кривых изменения скорости кристаллизации сталей и чугунов в периоде дендритного роста в основном определяется эффектом огрубления дендритов в сталях и его отсутствием в чугунах.

В сталях фактические изменения дисперсности дендритной структуры происходят под влиянием скорости охлаждения и степени огрубления дендритов, действующих в противоположных направлениях. При низкой степени огрубления преобладает действие кинетических факторов (Уохл), а при высокой - действие термодинамических. В чугунах в основном только термокинетические воздействия определяли величину дендритного параметра X.

В четвертой главе диссертации приведены результаты количественных металлографических исследований дендритных параметров столбчатых кристаллов Чернова, вырезанных из крупных стальных слитков. В этой серии исследований выполняли непосредственные измерения дендритных параметров (А. - расстояния между ветвями второго порядка, с! - толщина дендритных ветвей и /д - объемная доля дендритов) столбчатых кристаллов в зонах прерванной и штатной кристаллизации, то есть как бы до и после огрубления ветвей (рис.6).

Несмотря на высокую стоимость и трудоемкость подготовки таких образцов, их использование себя оправдало в свете принципиального подтверждения правильности принятой концепции работы и ранее неизвестных особенностей протекания огрубления дендритов в сталях. В частности, легко различаемые структурные особенности таких кристаллов (рис.6) в зонах прерванной и штатной кристаллизации впервые позволили проиллюстрировать коренные отличия проявления механизма огрубления дендритов в сталях.

Ст 20

Ст35

Ст 45

КЧ32-8 СЧ20

Рис.5. Связь степени огрубления дендритов ( ^ и роликвации кремния ( Ц) в Ре-С сшивах.

Так, продолжительный рост вершин дендритов до момента потери их контакта с жидкой фазой (по расчету около 30 мин) не нарушал регулярности их строения при сохранении равной толщины ветвей.

Согласно теории, рост и огрубление дендритов должны происходить одновременно, формируя вершины кристаллов с постоянно возрастающими дендритными параметрами А. и толщинами ветвей (<3), как это наблюдают в прозрачных модельных материалах. Это означает, что механизм огрубления дендритов в сталях имеет коренные отличия.

Тщательными измерениями дендритных параметров были подтверждены ранее установленные на пористых образцах особенности огрубления дендритов в сталях:

- в период роста дендритного кристалла огрубление ветвей не происходит, и ветви всех порядков формируются одинаковой толщины;

- эффект огрубления дендритных кристаллов протекает в

период между завершением стадии дендритного роста и началом затвердевания междендритной жидкости;

- плотность упаковки или объемная доля (/я) дендритных ветвей в зонах штатной и прерванной кристаллизации не меняется, и это означает, что в период офубления дендритов рост твердой фазы отсутствует.

Последняя особенность огрубления дендритов в сталях может быть сформулирована следующим образом: огрубление ветвей идет, когда сами дендриты уже исчерпали свой рост, а междендритная жидкость еще не начала затвердевать.

Обоснованные в данной главе термодинамические критерии, определяющие развитие эффекта огрубления в сталях и сплавах, а именно интервал кристаллизации (ДТ,°С), свободная энергия системы И и величина поверхностного натяжения сделают степень огрубления дендритов концентрационно зависимой величиной.

Таким образом, тезис о строго индивидуальной степени огрубления дендритов для каждого состава стали, развитый в предыдущей главе, получил теоретическое подтверждение.

В пятой главе выполнен анализ влияния легирующих элементов на интервал кристаллизации железоуглеродистых сплавов.

Показано, что применительно к бинарной Ее-Ре3С системе изменение термодинамической активности углерода под влиянием той или иной легирующей добавки в первом приближении характеризует соответствующее изменение температурного интервала кристаллизации.

Рис.6. Характер изменения дендритной структуры в различных столбчатых кристаллах при переходе из зоны прерванной (слева) в зону штатной (справа) кристаллизации. Черными линиями нанесены 1~раницы между зонами. х5.

Так, снижение термодинамической активности углерода при введении в сплав Мп, Сг или V интерпретируется в уменьшение приведенной концентрации С,%, «сдвигающей» сплав влево в сторону малых интервалов Т( -Ts (рис 7)

Соответственно, под влиянием элементов, повышающих термодинамическую активность углерода, S), Ni, Си положение сплава смещается вправо, в область большей приведенной концентрации углерода и более широких интервалов кристаллизации

Вместе с тем, применяемая для анализа многокомпонентных технических сталей бинарная диаграмма Fe-FejC, являясь очень грубым приближением, в действительности не гарантирует однонаправленного воздействия на интервал TL-TS элементов, повышающих активность углерода, и прямо противоположного им действия элементов, понижающих его активность

Из многокомпонентных Fe-C-Si 1 диаграмм на сегодняшний день, наибольшей изученностью отличается тройная Fe-C-Si система

На основе сопоставления активности углерода с приведенной концентрацией Si был разработан новый метод полиэдрации или уменьшения мерности пяти, шести и тд компонентных систем до их трехкомпонентных Fe-C-Si аналогов В этих аналогах приведенная концентрация Si была рассчи гана так, что она заменяла по влиянию на активность углерода все легирующие и примесные элементы технической стали

Если принять, что в расплаве стали 45ФЛ парциальная активность примесных элементов связана с концентрацией линейной зависимостью, то ¡п £lc- Nt или In fc /Nl = £lc = const

Другими словами, пропорциональное воздействие любого компонента расплава на активность углерода по сравнению с Si определится следующим соотношением

к1е = JVft • в1с = (NSl/Nt) In yt = const, (1)

где klc - коэффициент пропорциональности, положительный или отрицательный для элементов, соответственно повышающих и понижающих активность углерода, A'si и N, - атомные концентрации примеси и легирующего элемента в стали, £1С - параметр взаимодействия Вагнера, ус1 - парциальный коэффициент активности 1-го элемента

Кремниевый эквивалент любого элемента может быть выражен через концентрацию кремния в виде положительной или отрицательной величины [NSl]c = к'с Ni или в % мае [CSl]c = ft* С!0 Суммарное воздействие всех элементов, содержащихся в жидкой стали (кроме С и Fe), на активность углерода будет иметь вид

[CSl]e = IX Cl0, (2)

где [Cstic - кремниевый эквивалент состава стали в %Si, Cl0 - концен фация примесей по хим анализу в %, 1Сс - коэффициенты пропорциональности, равные

Рис 7 Влияние легирования на интервал кристаллизации бинарных Ре - С сплавов

К5С1 = 1,0: = 0,11; К*'1 = 0,19; = 0,2; = -0,20; = -0,94; = -1,33.

Применительно к колебаниям марочного состава стали 45ФЛ, оговоренным ГОСТ 977-88, с учетом нерегламентированных примесей Сг, N1 и Си, примерно по 0,1-0,2% каждой величина кремниевого эквивалента будет меняться в любой плавке.

Граничные значения кремниевого эквивалента [С51-]с в стали 45ФЛ рассчитывали для максимально допустимых по ГОСТу содержаний элементов, повышающих активность углерода (81, N1, Си) при минимальных содержаниях элементов, понижающих активность (Сг, Мп, V), и наоборот.

В рамках ограничений химического состава стали 45ФЛ вычисленные значения кремниевых эквивалентов соответственно представляли собой максимально +0,37% и минимально возможные -0,19% величины.

Гипотетическая замена всего легирующего комплекса приведенной концентрацией кремния позволяет рассчитывать величины [С5|]с. и наносить фигуративную точку любой углеродистой стали, например, от стали 20 до стали У10 на плоскость концентрационного треугольника Ре-С-81 системы.

Поскольку в Ре-С-81 системе ранее была обнаружена область линейного касания поверхностей ликвидуса и солидуса, то сплавы, принадлежащие данной линии (линия Ат на рис.8), являясь неликвирующими по (Кд1 = 1), должны иметь интервал кристаллизации равный 0°. По мере удаления от этой граничной линии вверх (Кд1 < 1) или вниз (Кд1 > 1), интервалы кристаллизации плавно возрастают (рис.8).

Таким образом, сравнивая удаление фигуративных точек технических сталей

от граничной линии (Кд' = 1), можно качественно прогнозировать величину их интервалов кристаллизации.

Разработанный метод имеет ограниченное применение, распространяясь на нелегированные углеродистые стали, то есть такие, в которых углерод является главным структурообразующим и упрочняющим элементом.

Согласно правилу академика Н.С. Курнакова, большему интервалу кристаллизации должны соответствовать более дисперсная дендритная структура и рассредоточенная усадочная пористость, и наоборот.

Эти классические зависимости были использованы для подтверждения адекватности разработанного метода при сравнении прогнозных интервалов кристаллизации с фактической дисперсностью дендритных структур и усадочной пористостью стали 45ФЛ.

Л ший С НУХК!"..:

итерз&юм / ^ крвлашшшИ/. -

/ /уф/

Мзотэрмз пквичус

к,5* /

Изсгпарл® ссиг^ус

,, о п0'2 04 08

Рис.8. Плоскость концентрационного треугольника Ре-С-81 сплавов.

Анализ большого количества плавок стали 45ФЛ с пониженными пластическими характеристиками показал, что дендритная структура в отливках из этих сталей, как правило, имеет высокую дисперсность, и усадочную пористость В контрольных плавках у сталей 45ФЛ с пониженными механическими свойствами (рис 9) данная зависимость была еще раз подтверждена В частности было установлено, что структура характеризуемая низкими значениями дендритных параметров имеет больший балл пористости

метра и усадочной пористости

Было установлено, что при прочих равных условиях, изначально низкие пластические свойства стали (рис 9) стабильно повышались на 30-50% при увеличении дендритных параметров X

Поскольку параметр Я, связан с фильтрационными характеристиками, то пористость минимальна при максимальном значении величины дендритного параметра

Таким образом, с помощью метода экспрессной коррекции состава стали 45ФЛ в процессе выплавки можно, изменяя положение фигуративной точки регулировать величину параметров дендритной структуры и свойств

Адекватность метода полиэдрации была подтверждена 94%-ным соответствием прогнозных интервалов кристаллизации с фактической дисперсностью ее структур и, примерно, ~70%-ным соответствием с усадочной пористостью и пластическими свойствами

Выполнен анализ, вытекающих из метода полиэдрации следствий, имеющих самостоятельное научное и прикладное значение

Первое следствие

При колебаниях значения [С5,]с от -0,19 до +0,37 интервалы кристаллизации стали 45ФЛ будут изменяться в очень широких пределах от 0°С до =80°С, изначально предопределяя возможность возникновения у соответствующих ГОСГу сталей существенно разных структуры и свойств

Второе следствие

В углеродистых сталях примесные элементы не могут обладать однонаправленным влиянием на интервал кристаллизации, как это следует из анализа бинарной диаграммы (рис 7)

Действие всех элементов носит экстремальный характер, отражающий по мере приближения к границе неликвирующих сплавов (рис 8) способность вначале уменьшать интервал кристаллизации стали, а при переходе через границу вновь его увеличивать Так, например, при расположении фигуративной ючки стали выше граничной линии, присадки будут увеличивать интервал кристаллизации, а Сг - уменьшать его

При расположении фигуративной точки ниже граничной линии, действие этих элементов станет противоположным

Третье следствие

Расчет кремниевого эквивалента, совмещенный с первым плавочным химическим анализом стали, с определением количества и вида легирующей присадки 51 или Мп и Сг, доводящей [С51]с до требуемого значения, позволяет в процессе выплавки стали изменять ее интервал кристаллизации, а значит структуру и свойства Правильность первого и второго следствия проверялась при проведении опытно-промышленного опробования результатов диссертационного исследования в сталелитейном цехе ВГТЗ

Третье следствие метода полиэдрации проходило лишь косвенную проверку в ходе пассивного эксперимента при статистической обработке данных большого количества промышленных шавок стали 45ФЛ

В шестой главе приведено обсуждение материалов работы, а также дан анализ отдельных несоответствий современной теории огрубления дендритов, выявленных в процессе диссертационного исследования В частности показано, что существующая теория не в состоянии объяснить целый ряд реально наблюдаемых явлений и фактов Например, сохранение, дендритами регулярного строения после протекания в них огрубления

Такой процесс вызывающий повторное расплавление отдельных, наиболее тонких и утолщение массивных ветвей кристалла по определению должен исключать возможность сохранения дендритом регулярного строения А дендриты, тем не менее, остаются регулярными образованиями

Не имеет объяснения увеличение при огрублении расстояний между ветвями второго порядка в дробных отношениях Явно не вписывается в теорию спонтанного процесса продолжительное «бездействие» поверхностных сил ), проявляющих себя только после завершения дендритного роста и др

Выяснение природы этих несоответствий не являлось целью работы, тогда как использование их для усиления взаимосвязей состав-структура-свойства могло оказаться полезным.

Новые взаимосвязи степени огрубления дендритов с интервалами кристаллизации и свойствами сталей в зависимости от их положения на Ре-С-Я 1 диаграмме действительно подтвердили свою полезность

Вместе с тем, несоответствие концептуальных рамок теории огрубления дендритов и результатов реализации этого эффекта, как минимум, требовало детального обсуждения

В свете неординарности полученных результатов основные материалы работы были подвергнуты критическому анализу Выполнялась проверка достоинств и недостатков использованных технических решений, информативности и точное!и принятых методик исследования, статистической достоверности результатов, возможности их альтернативного толкования и т д

Обсуждение результатов работы показало, что, несмотря на неизбежные неточности и упущения, в целом полученные в работе резульгаш вполне достоверны Более того, они обеспечивают практически 100% повторяемость и сохраняют возможность контрольных перепроверок, в том числе и по документальным фотографиям диссертационного сочинения

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Разработан новый способ количественного определения степени огрубления дендритов в сталях и сплавах, основанный на сопоставлении дендритных параметров кристаллов в зонах штатной и прерванной кристаллизации

2 Установлено, что механизм огрубления дендритов и ин генсивность этою процесса определяется тремя термодинамическими характеристиками, а именно, интервалом кристаллизации стали, поверхностным натяжением расплава и уровнем свободной энергии Максимальное огрубление ветвей наблюдается в сталях с минимальными величинами интервалов кристаллизации и наоборот

3 В периоде дендритной кристаллизации радиальная скорость роста отсутствует, поэтому ветви всех порядков кристалла сохраняют одинаковую толщину, характерную для данной степени переохлаждения

4. Огрубление дендритов в сталях начинается только после завершения дендритного роста, каким бы продолжительным он не был

5 Установлено, что степень огрубления дендритов и микрохимическая неоднородность стали находятся в обратной зависимости Чем больше степень огрубления дендритов, тем меньше микрохимическая неоднородность сплавов

6 Установлено, что огрубление дендритов в сталях сопровождается тепловым эффектом и полностью завершается в период между окончанием дендритного роста и началом затвердевания междендритной жидкости

7 Впервые показано, что в процессе огрубления дендритов рост твердой фазы приостанавливается, делая темп кристаллизации дискретным, поскольку дендригы уже не растут, а междендритная жидкость еще не кристаллизуется

8 Установлено, что степень огрубления дендритов не зависит от скорости охлаждения и является постоянной величиной, индивидуальной для каждого состава стали

9 С учетом выявленной специфики роста и огрубления дендритов разработан метод полиэдрации технических сталей в трехкомпонентные Ре-С-81 аналоги, позволяющий экспрессно прогнозировать в сталях интервалы кристаллизации и их структуру и свойства

10 Опытно-промышленное опробование рекомендаций работы по регулированию состава, структуры и свойств среднеуглеродистой стали 45ФЛ подтвердило их эффективность для изготовления литых деталей машиностроительного назначения

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в работах-

1 Ильинский, В. А Анализ особенностей роста и огрубления дендритных ветвей в кристаллах Чернова / В А Ильинский, Л В Костылева, С С Горемыкина, С Е Морозов, Н И Габельченко /'/ Металлы, 2005 №5, -С. 66-70

2 Горемыкина, С С Исследование роста дендритных ветвей крупных сюлб-чатых кристаллов / С С Горемыкина, Л В Костылева, В А Ильинский // Материаловедение 2007 №12 -С 32-34

3 Горемыкина, С С Особенности затвердевания междендритной жидкости в столбчатых кристаллах Чернова / С С Горемыкина, В А Ильинский // Известия Волгоградского технического университета Межвузовский сб науч ст 2007, № 3 (29) / ВолгГТУ - С 133-135

4 Горемыкина, С С Новые критерии качественной оценки огрубления денд-ритов в сталях и сплавах У С С Горемыкина, Н И Габельченко, Л В Костылева В А Ильинский // Известия Волгоградского технического университета Межвузовский сб науч ст 2007, № 3 (29) / ВолгГТУ -С 126-129

5 Горемыкина, С С Исследование нестабильности дендритных кристаллов стали в процессе затвердевания / С С Горемыкина, Л В Костылева, В А Ильинский // Металлургия машиностроения, 2005 №5, -С 28-30

6 Ильинскии, В А Металлографический анализ динамики огрубления денд-ритов в углеродистых сталях / В А Ильинский, Л В Костылева, С С Горемыкина // Известия высших учебных заведений Черная металлургия 2007, №1 - С 1619

7 Ильинский, В А Теплофизические особенности кристаллизации стальных и чугунных отливок / В А Ильинский, Е Ю Карпова, С С Горемыкина Л В Па-латкина // Теплофизика технологических процессов Материалы Всероссийской научно-технической конференции Рыбинск РГАТА, 2005 -304с

8 Горемыкина, С С Исследование особенностей ликвационного распределения и Мп в низко и среднеуглеродистых сталях / С С Горемыкина, В А Ильинский, Л В Костылева, Л В Палаткина // 9 Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области Волгоград, 2004 - С 126-127

9 Ильинский, В А Исследование термической гомогенизации среднеуглеро-дистой стали 40ХН2МА/ В А Ильинский, С С Горемыкина // 9 Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области Волгоград, 2004 -С 124-125

10 Горемыкина, С С Анализ механизма огрубления дендритных криааллов в сталях и сплавах / С С Горемыкина, В А Ильинский//10 региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области Волгоград, 2005 - С 125126

11 Горемыкина, С С Изучение трансформации дендритных структур при кристаллизации / С С Горемыкина, В А Ильинский // 10 региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области Волгоград, 2005 -С 126-128

12. Горемыкина, С С Определение степени огрубления дендритных кристаллов / С С Горемыкина, В А Ильинский // 11 региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области Волгоград, 2006 - С 142-143

Личный вклад автора. Во всех работах [1-12] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении исследований и обсуждении полученных результатов В работе [4] автором выполнен и обоснован подбор методик для доказательства отсутствия радиального роста дендритных ветвей в период роста дендритов В работах [4,7,9,10,11,12] автором получены и проанализированы результаты исследования роста и огрубления дендритных кристаллов

Подписано в печатьЗ 0 С62008г Заказ № 50 7Тираж 100 экч Печ л 1,0 Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная

Типография РПК «Политехник» Волгоградского государственного техническо) о университета 400131, г Волгоград, ул Советская, 35

Введение

Глава 1. Современные представления о дендритном росте и огрублении дендритов в сталях и сплавах

1.1 .Особенности дендритного роста и огрубления дендритов

1.2.Дисперсность дендритных структур и формирование в стальных отливках усадочной пористости

1.3.Цель работы и задачи исследования

Глава 2. Общая и частные методики исследования 26 2.1 .Общая методика работы

2.2.Проведение опытных плавок и подготовка литых образцов

2.3 Металлографические исследования дендритов в образцах, имеющих усадочную пористость

2.4. Методика количественной оценки степени огрубления дендритов

2.5.Исследование дендритной ликвации компонентов и термической гомогенизации литых сталей

2.6. Методика изучения температурно-временного интервала процесса огрубления дендритных ветвей в сталях и чугунах методом ДТА

Глава 3. Исследование влияния различных факторов на огрубление дендритных кристаллов и ликвационную неоднородность

Fe-C сплавов

3.1 Изучение морфологических особенностей дендритов в зонах осевой и рассредоточенной пористости

3.2 Исследование отдельных дендритных кристаллов на разных стадиях их огрубления

3.3. Взаимосвязь степени огрубления дендритов с дендритной ликвацией компонентов

3.4 Исследование температурно-временного интервала огрубления дендритов сталей и чугунов 56 Выводы по главе

Глава 4. Исследование особенностей роста и огрубления дендритных ветвей в столбчатых кристаллах Чернова

4.1 Исследование роста дендритных ветвей в зонах прерванной кристаллизации

4.2 Анализ затвердевания междендритных пространств в зоне прерванной кристаллизации

4.3 Исследование толщин дендритных ветвей в зоне штатной кристаллизации столбчатых кристаллов

4.4. Разработка новых критериев качественной оценки огрубления дендритов в сталях и сплавах

4.5. Исследование степени огрубления дендритов

4.6. Исследование плотности упаковки дендритного каркаса до и после огрубления ветвей

4.7. Анализ новых постулатов роста и огрубления дендритов в столбчатых кристаллах Чернова 84 Выводы по главе

Глава 5. Разработка и опытно-промышленное опробование нового метода регулирования огрубления дендритов в сталях 89 5.1. Теоретические предпосылки изменения интервала кристаллизации сталей при легировании - 89 5.2 Сравнительное исследование интервалов кристаллизации многокомпонентных сталей путем приведения их к псевдотройным

Fe-C-Si композициям

5.3. Определение зависимости интервала кристаллизации сталей от величины кремниевого эквивалента

5.4. Результаты качественной оценки интервала кристаллизации литых среднеуглеродистых сталей 45ФЛ и 20JI

5.5. Ковшевое легирование стали молотым ферросплавами

5.6. Прогноз усадочной пористости стальных отливок 117 Выводы по главе

Глава 6. Обсуждение материалов исследований

6.1. Анализ основных несоответствий теории огрубления дендритных кристаллов

6.2. Обсуждение материалов исследований Общие выводы по работе

Производство изделий и отливок, не имеющих дефектов, с хорошим набором служебных и технологических свойств, является актуальной проблемой материаловедения.

Улучшение эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов связано главным образом с повышением физической и химической однородности металла, уменьшением макроскопических и микроскопических дефектов, значительная часть которых возникает в период формирования кристаллической структуры отливок.

Существенный вклад в развитие теории кристаллизации и совершенствование методов регулирования структуры внесли работы Д. К.Чернова, Н. В. Хворинова, Д. Д. Саратовкина, Н. И. Голикова, М. Флемингса, В. А. Ефимова, А. А. Бочвара, Б. А. Мовчана, У. Вайнгарда и многих других российских и зарубежных ученых.

В настоящее время формирование дефектов внутреннего строения металла отливок связывают с неизбежной неравномерностью температурных полей затвердевающей отливки и скачкообразными объемными изменениями в системе при фазовых L—»S переходах.

Движение расплава для компенсации объемной усадки происходит путем фильтрации под действием перепада давления и определяется морфологией канало;? между формирующейся твердой фазой. Например, когда дендритные кристаллы образуют жесткую систему, в которой фильтрационное перемещение расплава между ветвями затруднено, воздействовать на лучшую пропитываемость термических узлов очень сложно, и в структуре металла формируются мелкие усадочные поры. Профилактика этих дефектов кристаллического строения не всегда дает желательный результат.

В настоящее время наиболее существенного прогресса в получении качественной структуры и свойств добиваются направленной кристаллизацией и замедлением скорости охлаждения расплава в прибылях.

Вместе с тем, первоначально сформировавшийся дендритный каркас литых деталей является нестабильной структурой и обязательно испытывает так называемый процесс огрубления ветвей, от величины которого будут меняться и фильтрационные параметры системы.

В этой связи, систематические исследования особенностей протекания эффекта огрубления дендритных кристаллов и поиск на этой основе новых технических решений по повышению качества стальных заготовок для машиностроения является актуальной задачей, имеющей научное и прикладное значение.

В работе предпринята попытка разработки научно обоснованных методов управления дисперсностью первичных структур в сталях и сплавах для формирования в литых заготовках узлов и агрегатов машин заданных технологических и служебных свойств.

Цель работы. Целью диссертационного исследования получение в стальных заготовках для машиностроения заданных структуры и свойств путем направленных воздействий на степень огрубления дендритов при кристаллизации.

На защиту выносятся:

- новая методика количественной оценки степени огрубления дендритных кристаллов в сталях и сплавах;

- выявленные в настоящей работе неизвестные ранее особенности протекания в сталях эффекта огрубления дендритов;

- новые термодинамические критерии огрубления дендритов, а также их предсказательная ценность в плане количественной характеристики эффекта;

- взаимосвязь степени огрубления дендритов с микроликвационной неоднородностью железоуглеродистых сплавов;

- метод определения интервалов кристаллизации и степени огрубления дендритов при многокомпонентной полиэдрации реальных сталей по активности углерода;

- новые технические решения по регулированию дисперсности дендритов в отливках из углеродистых сталей 20JI и 45ФЛ.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования огрубления дендритов являлись литые образцы диаметром 16 и 40мм. С целью получения изделий с заданной структурой и свойствами изучали отливки мелкого и среднего сечения. Дифференциально-термический анализ выполняли на образцах диаметром 36 и 60мм. Данные полученные в лабораторных условиях подвергались проверке на единичных дендритных кристаллах из стали 40 вырезанных из 8,5т слитка.

В качестве материалов исследования использовались углеродистые стали с различным содержанием углерода, марганцевая сталь 110Г13Л и доэвтектические чугуны технической чистоты.

Достоверность результатов исследования достигалась использованием такого "современного оборудования, как: рентгеноспектральный микрозонд «Camebax - МХ50», приборный комплекс для дифференциально-термического анализа (ДТА) кристаллизации «Кристаллдиграф» (Польша), фотоэлектрический электроэмиссионный квантометр ARL 3460, оптический микроскоп «Neophot—21», структурный анализатор «Эпиквант», универсальные компьютерные программы, адаптированные для проведения количественной металлографии и др.

Результаты исследований обрабатывались методами математической статистики с применением ЭВМ. ji

Научная новизна работы состоит в выявлении ранее неизвестных взаимосвязей состава углеродистых сталей с морфологией дендритных ветвей и в разработке на этой основе нового метода регулирования структуры и свойств.

1. Показано, что огрубления ветвей для каждого состава стали строго индивидуально и зависит от величины ее интервала кристаллизации.

2. Установлено, что степень огрубления дендритов и микрохимическая неоднородность ликвационного происхождения взаимосвязаны обратнопропорциональной зависимостью, которая позволяет изменять в заданных соотношениях эти характеристики в углеродистых сплавах.

3.Разработан принципиально новый метод полиэдрации (уменьшение мерности) многокомпонентных нелегированных и низколегированных углеродистых сталей по активности углерода, позволяющий выполнять прогнозную оценку интервалов кристаллизации, структуры и свойств этих сталей.

Практическая ценность. Установлена возможность за счет повышения степени огрубления дендритов воздействовать на снижение микрохимической неоднородности, а также на уменьшение величины усадочной пористости и стабилизацию пластических свойств углеродистых сталей.

Повышение степени огрубления дендритов на 20% позволяет с 70% достоверностью исключить возможность получения в стали усадочной пористости и пониженных пластических свойств.

По результатам опытно-промышленного опробования разработан метод экспрессного регулирования дендритной структуры и свойств стали 45ФЛ непосредственно в процессе выплавки путем направленной коррекции состава по кремнию.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы и результаты исследования докладывались на следующих конференциях и семинарах: IX, X, XI Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2004, 2005, 2006гг), Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005г), ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2005, 2006, 2007гг) и научных семинарах кафедр «Машины и технологии литейного производства» и «Технология материалов» ВолгГТУ, г. Волгоград.

По теме диссертационного исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 в центральных рецензируемых изданиях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов по работе, списка литературных источников и

Общие выводы по работе.

1. Разработана и опробована на разных сталях принципиально новая методика измерения степени огрубления дендритов, .основанная на соотношении дендритных параметров кристаллов в зонах штатной и прерванной кристаллизации.

2. Впервые визуально зафиксированы разные стадии диффузионного механизма огрубления дендритов, прерванного объемной усадкой жидкого металла в термическом узле отливок.

3. Разработаны новые термодинамические критерии огрубления дендритов, обеспечивающие эффективную прогнозную оценку степени развития этого процесса в сталях и сплавах. Показано, что максимальную степень огрубления имеют сплавы с минимальными интервалами кристаллизации, максимальным уровнем свободной энергии и с максимальной величиной поверхностного нагяжения.

4. Установлено, что в периоде дендритного роста ветви всех порядков кристалла сохраняют одинаковую толщину, характерную для данной степени переохлаждения и имеют только линейную скорость роста.

5. Огрубление дендритов в сталях начинается только после завершения дендритного роста, каким бы продолжительным он ни был.

6. Установлено, что огрубление дендритов в сталях сопровождается тепловым эффектом и полностью завершается в температурно-временных интервалах между окончанием дендритного роста и началом затвердевания междендритной жидкости.

7. Впервые показано, что в процессе огрубления дендритов рост твердой фазы приостанавливается, делая темп кристаллизации дискретным, поскольку дендриты уже не растут, а междендритная жидкость еще не кристаллизуется.

8. Установлено, что степень огрубления дендритов. не зависит от скорости охлаждения и является постоянной величиной, индивидуальной для каждого состава стали.

9. Разработан метод многокомпонентной полиэдрации технических сталей по активности углерода с приведением их к трехкомпонентным аналогам Fe-C-Si сплавов, позволяющий экспрессно оценивать интервал кристаллизации, дисперсность дендритной структуры и развитие усадочных пор.

10. Опьггно-промышленное опробование разработанного метода подтвердило эффективность регулирования в стальном литье дисперсности дендритов и усадочной пористости путем целенаправленного ковшевого легирования стали молотыми ферросилицием или ферромарганцем. f

1. Чернов, Д. К. Исследование, относящееся до структуры литых стальных болванок / Д. К. Чернов // Д. К. Чернов и наука о металлах. М., 1950. - С. 100-120.

2. Чалмерс, Б. Теория затвердевания / Б. Чалмерс. М.: Металлургия, 1968. -288 с.

3. Флеминге, М. Процессы затвердевания / М. Флеминге. М.: Мир, 1977. -423с.

4. Третьяков, Ю. Д. Дендриты, фракталы и материалы / Ю. Д. Третьяков // Со-росовский образовательный журнал. 1998. — № 11. — С. 96-102.

5. Хворинов, Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали / Н. И. Хворинов. -М.: Майгиз, 1958. 392 с.

6. Ефимов, В. А. Разливка и кристаллизация стали / В. А. Ефимов. М.: Металлургия, 1976. - 552 с.

7. Металлография железа. Т. III. Кристаллизация и деформация стали / пер. с англ. под ред. Ф. Н. Тавадзе. — М.: Металлургия, 1972. 236 с.

8. Курдюмов, А. В. Плавка и затвердевание сплавов цветных металлов / А. В. Курдюмов, М. В. Пикунов, Р. В. Бахтиаров. М.: Металлугрия, 1968. - 228 с.

9. Саратовкин, Д. Д. Дендритная кристаллизация / Д. Д. Саратовкин. М.: Ме-таллургиздат, 1957. - 127 с.

10. Вульф, А. К вопросу о скоростях роста и растворения кристаллических граней / А. Вульф. Варшава, 1895. - 210 с.

11. Эллиот, Р. Управление эвтектическим затвердеванием / Р. Элиот; под. ред. JI. С. Швиндгермана. -М.: Металлургия, 1987.-352 с.

12. Корольков, А. М. Литейные свойства металлов / А. М. Корольков. М.: Изд-во АН СССР, 1980. - 195 с.

13. Шубников, А. В. Зарождение и рост кристаллов / А. В. Шубников, В. Ф. Парвов. М.: Наука, 1969. - 70 с.

14. Куликов, Д. В. Физическая природа разрушений / Д. В. Куликов, Н. В. Ме-калова, М. М. Закирничная. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - 168 с.

15. Бунин, К. П. Основы металлографии чугуна / К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран. М.: Металлургия, 1969. - 416 с.

16. Бунин, К. П. Металлография / К. П. Бунин, А. А. Баранов. М.: Металлургия, 197а-254 с.

17. Гуляев, Б. Б. Процессы литья / Б.Б. Гуляев. М.: Машгиз,1974. - 425 с.

18. Гуляев, Б. Б. Теория литейных процессов / Б. Б. Гуляев. М.: Машгиз, 1964. -216 с.

19. Штейнберг, С. С. Металловедение / С. С. Штейнберг. Свердловск: Метал-лургиздат, 1961. - 598 с.

20. Вайнгард, У. Введение в физику кристаллизации металлов / У. Вайнгард; пер. с англ. О. В. Абрамова; под ред. Л. С. Уманского. М.: Мир, 1967. - 159 с.

21. Гаев, И. С. Металлографический атлас железных сплавов: текст и диаграммы/И. С. Гаев. -М.:Металлургиздат,1941. 161 с.

22. Матусевич, Л. Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности / Л. Н. Матусевич. М., 1968. - 277 с.

23. Барабошкин, А. Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей / А. Н. Барабошкин. М.: Наука, 1976. - 279 с.

24. Papapetrou, A. Z. Kristallographie / A. Z. Papapetrou // Kristallographie. А. -1935.-Vol. 92.-P. 89- 100.

25. Бочвар, А. А. Металловедение / А. А. Бочвар. М.: Металлургиздат, 1956. -450 с.

26. Самойлович, Ю. Д. Формирование слитка /10. Д. Самойлович. — М.: Металлургия, 1977. — 160 с.

27. Уманский, Я. С. Физические основы металловедения / Я. С. Уманский. М.: Металлургиздат, 1955. - 500 с.

28. Nusair Khan, A. Formation of solid-state dendrites in an alloys steel / A. Nusair Khan, I. Solam, A. Tauqir // Surface and Coat. Technol. 2004. - Vol. 179, № 1. - P. 33-38.

29. Spanos, G. Crystallography of grain boundry cementite dendrites / G. Spanos, M. V. Krai // Acta mater. 2003. - Vol. 51, № 2. - P. 301 -311.

30. Huang, S. C. / S. C. Huang, M. E. Glicksman // Acta metallurgies 1981. - Vol. 29.-P.701.

31. Физическое металловедение. В 3 т. Т. 2 / под ред. Д. В. Канна, П. Т. Хаазе-на. М.ч; Металлургиздат, 1987. - 624 с.

32. Баландин, Г. Ф. Основы формирования отливки. В 2 т. Т. 2 / Г. Ф. Баландин. -М.: Машиностроение, 1979.-335 с.

33. Chalmers, В. Principles of solidification / В. Chalmers, J. Wilsy. N. Y., 1964. -430 p.

34. Нехендзи, Ю. А. Стальное литье / Ю. А. Нехендзи. M.: Металлургиздат, 1946.-766 с.

35. Меськин, В. С. Основы легирования стали / В. С. Меськин. М.: Металлургия, 1964.-684 с.

36. Голиков, И. Н. Дендритная ликвация в стали / И. Н. Голиков. М.: Металjлургиздат, 1958.-207 с.

37. Тагеев, В. М. Распределение примесей при кристаллизации стали / В. М. Та-геев // Стальной слиток: сб. тр. 1-й всесоюз. науч.-техн. сессии по стальному слитку.-М., 1952.-С. 67-105.

38. Кузнецов, В. Д. Кристаллы и кристаллизация / В. Д. Кузнецов. М.; JL: Гостехиздат, 1954. - 610 с.

39. Ответы на анкету о дендрите // Металлург. 1935. - № 7-8.

40. Turnbull, D. Microscopic Observation of the Solidification of Cu-Ni Alloy Droplets / D. Turnbull, R. E. Cech // Journal of Metals. 1951. - Vol. 3. - P. 242.

41. Гиббс, Дж. В. Термодинамические работы / Дж. В. Гиббс; под ред. В. К. Семенченко. М.; JL: Гостехиздат, 1950. - 492 с.

42. Мартин, Дж. Стабильность микроструктуры металлических систем: пер с англ. / Дж. Мартин, Р. Доэрти. М.: Атомиздат, 1978. - 280 с.

43. Влияние редкоземельных элементов на поверхностное натяжение жидкого железа / А. Ф. Бишкарев, Ю. В. Кряковский, С. А. Близнюков, В. И. Явойский // Поверхностные явления в металлургических процессах: сб. тр. / МИСиС. М., 1963.-С. 52-59.

44. Леммлейн, Г. Г. К вопросу об условиях экспериментального получения кри-сталлоЕ*равновесной формы / Г. Г. Леммлейн // Доклады АН СССР. 1954. - Т. 98, вып. 6. - С. 973-974.

45. Клия, М. О. Некоторые вопросы образования жидких включений в кристаллах: дис. . канд. техн. наук / М. О. Клия; Ин-т кристаллографии. М., 1952. -230с.

46. Клия, М. О. Получение равновесной капельной системы кристалл-раствор / М. О. Клия // Доклады АН СССР. 1955. - Т. 100, вып. 2. - С. 259-262.

47. Оно, А. Затвердевание металлов: пер. с англ. / А. Оно. М.: Металлургия, 1980.-152 с.

48. Клия, М. О. О механизме преобразования дендритных кристаллов / М.О. Клия // Кристаллография. 1956. - Т. 1, вып. 5. - С. 577-583.

49. Чернов, А. А. Оценка времени преобразования включений и дендритных кристаллов / А. А. Чернов // Кристаллография. 1956. - Т. 1, вып. 5. - С. 589-593.

50. Шубников, А. В. Зарождение и рост кристаллов / А. В. Шубников, В. Ф. Парвов. М.: Наука, 1969. - 70 с.

51. Явойский, В. И. Роль поверхностных явлений в черной металлургии / В.И. Явойский // Поверхностные явления в металлургических процессах: сб. тр. -М.,1963. С. 32-45.

52. Семенченко, В. К. Поверхностные явления в металлах и сплавах / В. К. Се-менченко. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1957. - 485с.

53. Лазарев, В. Б. О связи объемных и поверхностных свойств веществ / В. Б. Лазарев, О. А. Тимофеевич // Поверхностные явления в металлургических процессах: сб. <Ур. М., 1963. - С. 50-61.

54. Журавлев, В. А. Затвердевание и кристаллизация сплавов с гетеропереходами (физические основы, теория, эксперименты, практика) / В. А. Журавлев. -М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»: Ин-т компьютерных исследований, 2006. 560 с.

55. Chen, М. Dendrite coarsening during directional solidification of Al-Cu-Mn alloys / M. Chen, T. Z. Kattamis // Materials Science and Engineering. A. 1998. - Vol. 247, iss. 1-2, June. - P. 239-247.

56. Li, Q. Evolution of the side branch structures in free dendritic growth / Q. Li, C. Beckermann //Acta Metall. 1999. - № 8. - P. 2345-2356. " '

57. Иванцов, Г. П. Тепловые n диффузионные процессы при росте кристаллов / Г. П. Иванцов //Рост кристаллов: сб. тр. / АН СССР. -М., 1961. С. 73- 75.

58. Иванцов, Г. П. Температурное поле вокруг шарообразного, цилиндрического и иглообразного кристалла, растущего в переохлажденном расплаве / Г. П. Иванцов // Доклады АН СССР. 1947. - Т. 58, № 4. - С. 567-569.

59. Добаткин, В. И. Гранулированные алюминиевые сплавы / В. И. Добаткин, В. И. Елагин. М.: Металлургия, 1981. - 176 с.

60. Ливанов, В. А. Металловедение и термообработка цветных металлов и сплавов / В. А. Ливанов, Б. А. Калачев. М.: Машиностроение, 1981. - 168 с.

61. Тяжельникова, И. А. Кристаллизация цилиндрической ячейки двухфазной зоны / И. А. Тяжельникова, В. И. Борисов, В. Т. Борисов // Металлы. 1970. - № 5. -С. 122-128.

62. Швед, Ф. И. Влияние условий затвердевания стали на её дендритную структуру / Ф. И. Швед, Д. А. Сосков // Металлы. 1970. -№ 3. - С. 100-108.

63. Уманцев, А. Р. Движение плоского фронта при кристаллизации / А. Р. Уманцев//Кристаллография. 1985.-Т. 30.-С. 153-160.

64. Т-нрасевич, Ю. Ю. Компьютерное моделирование процесса роста кристаллов из раствора / Ю. Ю. Тарасевич // Журнал технической физики. — 2001. Т. 71, №5.-С. 123-125.

65. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. М.: Металлургия, 1986. -542 с.

66. Практическая металлография / Р. И. Малинина, Е. С. Малютина, В. Ю. Новиков и др.. 2-е изд. - М.: Интермет Инжиниринг, 2004. - 233 с.

67. Сильман, Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугунах^и сталях / Г. И. Сильман. М.: Машиностроение, 2007. — 450 с.

68. Kattamis, Т. Z. Influence of coarsening on dendrite arm spacing of aluminum-copper alloys / T. Z. Kattamis, J. C. Goughlin, M. C. Flemings // Trans. Metal Soc. AIME. 1967. - № 239. - P. 1504-1511.

69. Defects in large single crystals Nd:YV04 / В. 0- Hu, Y. Z. Zhang, X. Wu, X. L. Chen // Journal of Crystal Growth. 2001. - Vol. 226, iss. 4, August. - P. 511-516.

70. Microstructural transitions of metastable phase in undercooled Fe-7,5 at% Ni alloy / Y. Z. Chen, G. C. Yang, F. Liu, H. Xie, Y. P. Su, N. Liu, C. L. Yang, Y. H. Zhou // Journal of Crystal Growth. 2006. - Vol. 289, iss. 1, March. - P. 1-5.

71. Куманин, И. Б. Вопросы литейных процессов / И. Б. Куманин. М.: Машиностроение, 1976. -216 с.

72. Тарабаев, JI. П. Компьютерное моделирование роста дендритных кристаллов из расплава / JI. П. Тарабаев, А. Ю. Машихин, И. А. Вдовина. М., 1991.-28 с. - Дед? в ВИНИТИ 10.11.91, № 2915-В91.

73. Новиков, И. И. Дендритная ликвация в сплавах / И. И. Новиков, В. С. Золо-таревский. М.: Наука, 1966. - 155 с.

74. Рыжиков, А. А. Теоретические основы литейного производства / А. А. Рыжиков. М.: Машгиз, 1961. - 447 с.

75. Баландин, Г. Ф. Физико-химические основы литейного производства / Г. Ф. Баландин, В. А. Васильев. М.: Машиностроение, 1971. - 216 с.

76. Вейник, А. И. Расчет отливки / А. И. Вейник. М.: Машиностроение, 1964. -404 с.

77. Бочвар, А. А. Теория усадочных явлений в сплавах / А. А. Бочвар, О. С. Жа-даев // Литейное дело. 1941. - № 5. - С. 32-54.

78. Моделирование напряженно-деформированного состояния отливки при кристаллизации / В. П. Монастырский, А. И. Александрович, А. В. Монастырский, М. Б. Соловьев, М. Д. Тихомиров // Литейное производство. 2007. - № 8. - С. 4547.

79. Производство стальных отливок: учебник для вузов / Л. Я. Козлов, В. М. Колокольцев, Э. Б. Тен и др.; под ред. Л. Я. Козлова. М.: Изд-во МИСиС, 2005. -350 с.

80. Чернов, Д. К. Труды Д. К.Чернова. Наука о металлах / Д. К. Чернов; под ред. Н. Т. Гудцова. М.;Л., 1950. - 564 с.

81. Журавлев, В. А. О макроскопической теории кристаллизации сплавов / В. А. Журавлев // Известия АН СССР. 1978. - № 5. - С. 87-90.

82. Улучшение качества отливок путем наложения давления в процессе их затвердевания / Г. П. Борисов, В. А. Ефимов, Ю. В. Моисеев, В. В. Клибус, И. В. Ва-тель // Прогрессивная технология литейного производства: сб. тр. — Горький, 1969. -С. 150-172.

83. Бочвар А. А. Влияние характера кристаллизации и интервала кристаллизации на подвижность металлической жидкости между растущими кристаллами / А. А. Бочвар, В. В. Кузина // Известия АН СССР. 1946. - № 10. - С. 543-559.

84. Костылева, Л. В. Особенности кристаллизации сплавов в интервале температур ликвидус-солидус / Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, В. А. Ильинский // МиТОМ. 2000. - № 4. - С. 31-34.

85. Флеминге, М. Литье полузатвердевшего металла / М. Флеминге, Р. Мехра-биан // 40-й Конгресс литейщиков / НИИМАШ. М., 1975. - С. 36-49

86. Кусакович, Л. М. Капиллярный гистерезис, при подъеме смачивающий жидкости в единичных капиллярах и пористых средах / Л. М. Кусакович, Д. Н.

87. Найдич, Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю. В. Най-дич. Киев: Наукова думка, 1972. - 420 с.

88. Генезис границ зерен и дендритной структуры в системе алюминий-кремний при термодиффузии / В. Р. Жумаканова, А. А. Пресняков, Р. К. Аубаки-рова, А. А. Аймухамбетов // МиТОМ. 2002. - № 10. - С. 35-39.

89. Горицкий, В. М. Диагностика металлов / В. М. Горицкий. М.: Металлург-издат, 2р04.-402 с.

90. Devashish, F. Microtomographic characterization of columnar Al-Cu dendrites for fluid flow and flow stress determination / F. Devashish, Peter D. Lee, D. Bernard // Materials Science and Engineering. A. 2008. - February. - P. 245-250.

91. Feng, Zhao. Dendritic-shaped, fractal nanogold aggregates based on surfactant/polymer complex template / Zhao Feng, Yu K. Du // Materials Science and EngiАneering. A. 2007. - Vol. 467, iss. 1-2, October. - P. 207-212.

92. Бочвар, А. А. Литейные свойства сплава / А. А. Бочвар // Сборник научных докладов ВНИТОМ. М., 1940. - С. 340-367.

93. Microstructures and mechanical properties of resistance spot welded magnesium alloy joints / D. Q. Sun, B. Lang, D. X. Sun, J. B. Li // Materials Science and Engineering. A. 2007. - Vol. 460-461, July. - P. 494-498.

94. Computational and experimental investigation of microsegregation in an Al-rich Al-Cu-Mg—Si quaternary alloy / X. Yan, S. Chen, F. Xie, Y. A. Chang // Acta Materially 20^2. - Vol. 50, iss. 9, May. - P. 2199-2207.

95. Хаютин, С. Г. О разориентации зерен при направленной кристаллизации / С. Г. Хаютин // МиТОМ. 2007. - № 6. - С. 42-43.

96. Experimental study of structure formation in binary Al-Cu alloys at different cooling rates / D. Eskin, Q. Du, D. Ruvalcaba, L. Katgerman // Materials Science and Engineering. A. -2005. Vol. 405, iss. 1-2, September. - P. 1-10.

97. Relationships between cooling rate, copper content and mechanical properties of monotectoid based Zn-Al-Cu alloys / T. Savakan, M. Turhal // Materials Characterization. 2003. - Vol. 51, iss. 4, November. - P. 259-270.

98. Исследование затвердевания сталей и сплавов / В. А. Ильинский, JI. В. Костылева, Н. И. Габельченко, Е. А. Санталова // Литейное производство. 2000. -№ 4. - С. 5-7.

99. Салтыков, С. А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков. М.: Металлургия, 1976.-271 с.

100. Костылева, Л. В. Особенности дендритной кристаллизации и повышение информативности диаграмм состояния / Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, В. А. Ильинский // МиТОМ. 2000. - № 10. - С. 10-14.

101. Костылева, Л. В. Создание новых научных принципов упрочнения железоуглеродистых сплавов на основе развития теории кристаллизации и микроликвации: автореф. . д-ра техн. наук / Л. В. Костылева. Волгоград, 2002. - 36 с.

102. Ильинский, В. А. Закономерности микроликвации в железоуглеродистых сталях и новые возможности литейной технологии / В. А. Ильинский, А. А. Жуков, Л. В. Костылева // 55-й междунар. Конгресс литейщиков. М., 1988. - С. 1-11.

103. Малиночка, Я. Н. Фазовые состояния и внутрикристаллическая ликвация в Fe-C-Si сплавах / Я. Н. Малиночка // Литейное производство. 1957. - № 10. - С. 19-21.

104. Сильман, Г. И. Методика расчета диаграмм состояния тройных систем с использованием коэффициентов межфазного распределения элементов. 1. Двухфазовое равновесие / Г. И. Сильман // Журнал физической химии. 1983. - Т. VII, № 2.-С. 307-313.

105. Ильинский, В. А. Об изменении характера ликвации третьего компонента в некоторых сплавах / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева // Изв. АН СССР. Металлы. 1986.-№3.-С. 6-10

106. Ильинский, В. А. О существовании в системе Fe-C группы неликвирую-щих сплавов с постоянной температурой затвердевания / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, М. Н. Литвиненко // МиТОМ. 1992. - № 2. - С. 3-8.

107. Лаборатория металлографии / под ред. Б. Г. Лившица. М.: Металлургия, 1965.-240 с.

108. Беккерт, М. Способы металлографического травления: справочник / М. Беккерт; пер. с нем. Н. И. Туркиной, Е. Я. Капуткина. М.: Металлургия, 1988. -399 с.

109. Ильинский, В. А. Определение степени огрубления дендритных кристаллов / В. А. Ильинский, С. С. Горемыкина // 11 региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Волгоград, 2006. - С. 142-143.

110. Горемыкина, С. С. Исследование нестабильности дендритных кристаллов стали в процессе затвердевания / С. С. Горемыкина, Л. В. Костылева, В. А. Ильинский // Металлургия машиностроения. 2005. - № 5. - С. 28-30.

111. Жуков, А. А. Геометрическая термодинамика сплавов железа / А. А. Жуков. М.: Металлургия, 1979. - 232 с.

112. Могутнов, Б. М. Термодинамика железоуглеродистых сплавов / Б. М. Мо-гутнов, И. А. Томилин, Л. А. Шварцман. М.: Металлургия, 1972. - 328 с.

113. Ильинский, В. А. Исследование термической гомогенизации среднеугле-родистой стали 40ХН2МА / В. А. Ильинский, С. С. Горемыкина // 9 Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области. Волгоград, 2004. -С. 124-125.

114. Головин, С. Я. Краткий справочник литейщика / С .Я. Головин. М.; JL: Машгиз, 1960.-375 с.

115. Теплофизические особенности кристаллизации стальных и чугунных отливок / В. А. Ильинский, Е. Ю. Карпова, С. С. Горемыкина, JI. В. Палаткина // Теплофизика технологических процессов: матер, всерос. науч.-техн. конф. / РГАТА. -Рыбинск, 2005. С. 81-83.

116. Ильинский, В. А. Исследование роста и огрубления дендритных кристаллов в литых углеродистых сталях и чугуне / В. А. Ильинский, JI. В. Костылева, Е.

117. A. Санталова // Металлургия машиностроения. 2003. - № 1. - С. 35-39.

118. Костылева, JI. В. Дендритная ликвация в отливках из углеродистой стали / Л. В. Костылева, В. А. Ильинский, Ю. В. Гребнев // Литейное производство. -2000.-№4.-С. 13-15.

119. Исследование затвердевания сталей и сплавов / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, Е. А. Санталова // Литейное производство. 2000. -№ 4. - С. 5-7.

120. Костылева, Л. В. Определение объёмной доли дендритных ветвей с использованием компьютерных программ / Л. В. Костылева, Е. А. Санталова, В. А. Ильинский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003. - № 11. - С. 33-36.

121. Бунин, К. П. Железоуглеродистые сплавы / К. П. Бунин. Киев: Машгиз, 1950.-392 с.

122. B. Салли, Е. В. Филагина, Э. С. Фалькевич // Рост и несовершенства металлических кристаллов: сб. тр. Киев, 1966. - С. 88-97.

123. Hillert, М. The Solidification of Metals / M. Hillert, V. Subba Rao // Iron and Steel Inst. 1968. - № 110. - P. 204.

124. Хансен, M. Структуры двойных сплавов. В 2 т. Т. 1-2 / М. Хансен, К. Ан-дерко. -,М.: Металлургия, 1962.

125. Кристиан, Д. Теория превращений в металлах и сплавах: пер. с англ. / Д. Кристиан. М.: Мир, 1978. - Ч. 1. - 806 с.

126. Млодзиевский, А. Б. Геометрическая термодинамика / А. Б. Млодзиевский. ~ М.: Изд-во МГУ, 1956. 91 с.

127. Воздвиженский, В. Н. Литейные сплавы и технологии их плавки в машиностроении / В. Н. Воздвиженский, В. А. Грачев, В. В. Спасский. М.: Машиностроение, 1984. - 345 с.

128. Петров, Д. А. Двойные и тройные системы / Д.А. Петров. 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Металлургия, 1986. - 256 с.

129. Technical advances in cast iron metallurgy / J. Janovak, R. Gundlach, G. Eldik, K. Kohriy // 48-th Int. Found. Congr. -N. Y.,1981. P. 1- 20.

130. Взаимодействие и массоперенос в жидком чугуне / А. А. Жуков, В. А. Ильинский, Ю. Ю. Жигуц, Л. В. Костылева // Литейное производство. 1986. № 2. -С. 7-8.

131. Жуков, А. А. Термическая обработка, выявляющая дендритную структуру литой доэвтектоидной стали / А. А. Жуков, В. А. Ильинский, Л. В. Костылева // МиТОМ. 1996. - № 5. - С. 10-12.

132. Ильинский, В. А. Оценка качества серого чугуна по кремниевому эквиваленту химического состава / В. А. Ильинский // Литейное производство. 1987. -№4.-С. 3-5.

133. Ильинский, В. А. Оптимизация состава литой среднеуглеродистой стали / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Ю. В. Гребнев // Сталь. 1985. - № 1. - С. 2426.

134. Клёцкин, Я. Г. Углеродный эквивалент белого чугуна / Я. Г. Клёцкин // Технология и оборудование литейного производства. 1972. - № 30. - С. 39-44.

135. Гудремон, Э. Специальные стали. В 2 т. Т. 1-2 / Э. Гудремон; пер. с нем. под ред. А. С. Займовского. М.: Металлургия, 1986.

136. Il'insky, V. A. Microsegregation in cast iron- carbon alloys: theoretical and industrial aspects / V.A. Il'insky, A. A. Zhukov, L. V. Kostyleva // Indian Foundry Journal. 1987. - Vol. XXXIII, № 8. - P. 41-52.

137. Ильинский, В. А. Определение концентраций равновесных фаз по моделям поверхностей ликвидуса и солидуса / В. А. Ильинский, JI. В. Костылева // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1986. - Т. 22. - С. 422-426.

138. Трузин, В. Г. Температурный режим литья стали / В. Г. Грузин. М.: Металлургиздат, 1962.-368 с.

139. Смитлз, К. Дж. Металлы: справочник: пер. с англ. / К. Дж. Смитлз. — М.: Металлургия, 1980. 447 с.

140. Рост и несовершенства металлических кристаллов: сб. науч. тр. / под ред. Д. Е. Овсиенко. Киев: Наукова думка, 1966. - 337 с.

141. Microstmcture evolution in undercooled Fe-7,5 at% Ni alloys / Y. Z. Chen, G. C. Yang, F. Liu, N. Liu, H. Xie, Y. H. Zhou // Journal of Crystal Growth. 2005. - Vol. 282, iss. 3-4.-P. 490-497.

142. Lipton, J. Equiaxed Dendrite Growth in Alloys at Small Supercooling / J. Lip-ton, M. E. Glicksman, W. Kurz // Metall. Trans. A. 1987. - Vol. 18, № 2. - P. 341343.

143. Kattamis, T. Z. Coarsening of Solid-Liquid Mixtures: A Review / T. Z. Katta-mis, P. W. Voorhess // Proceedings of the Merton C. Flemings Symposium on Solidification and Materials Processing. Warrendale (PA), 2001. - P. 119-128.1. УТВЕРЖДАЮ

144. Заместитель генерального директорадиректор1. СОМ1. Ю.В.te007r.1. АКТ v ' 1опытно промышленных испытаний стали 45ФЛ