автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии выплавки чугуна, жаропрочных и аморфных сплавов на основе исследования поверхностного натяжения их расплавов

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАНШ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им- С.М.КИРОВА •

На правах рукописи

. РОВБО МАРЛЯ ВЯАДШРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ЧУ ГУНОВ, ЖАРОПРОЧНЫХ И АМОРФНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ИХ РАСПЛАВОВ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автор е-ф грат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических науг{

Свердловск 1991

Работа выполнена на кафедре физики Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.М.Кирова.

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Тягунов Г.В.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Третьякова Е.Е. доктор технических наук, профессор ■ Еланский Г-Н.,

кавдидат физико-математических наук Дадашвв Р.Х.

институт пройдем литья АН УССР

Защита состоится " " _,_1991 г. на заседании

специализированного совета Д 063.14.01. Уральского политехнического института ш. С.М.Кирова в ауд. Мт-509.

Bain отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, проспи отправлять по адресу: 620002, Свердловск, Х-2, УШ им.С.М. Кирова, учёному секретарю института, тел. 44-85-74.

Автореферат разослан _"_^.1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, црофессор

Н.А.Шумаков

3 •

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работн. Повышение требований к структуре и свойствам металлопродукции ставит новые задачи до совершенствована всех стада! металлургических технологий. В полной мере отно -жтся это и к производству разнообразных отливок, и к получении юрошковых и аморфных материалов. Одним из направлений оптимиза -щи технологии выплавка промышленных металлов является физико-хи-шческое обоснование температурного ренина ппазки. Наиболее пло -.отворно решение такой задачи осуществляется на основе тщательно-о комплексного исследования структуры и физических свойств жид -их металлов, их взаимосвязи со структурой и свойствами в твёр -ом состоянии.

Основная часть выполненной диссертационной работы посвящена ^следованиям жидких чугунов и разработка оптимальной технологии ¡с выплавки. Структура тщких чугуноз слозяа и многообразна. Све-эния, иыевдиеся в литературе относительно формы существования уг-зрода в расплавах< крайне противоречивы. В то а время состояние ¡ходного расплава, уровень его физических свойств влияют на про-¡сс структурообразования. В этой связи особую роль играют поверх-устные- свойства, состошие ыезфазных границ расплав-графит.

В работе исследовано влияние подготовки расплава при произ -детве отливок и быстрозакаленных волокон из жаропрочных сплавов, овень легированности современных жаропрочных сплавов настолько сок, что дальнейшее повышение служебных характеристик этим спо-бом становится очень слокншд, дорогим и трудоёмкая. Шформация роли подготовки расплава в формировании свойств твёрдого метал-открывает ноше возможности для оптимизации технологии их про-зодства.

Роль подготовка расплава особенно велика в технологиях, включающих быструю закалку из тащкого состояния. Поэтому другим аспектом работы являлось определение оптимальных тешературно -временных параметров выплавки промышленного сплава на основе железа при производстве аморфных лент. .

Разработка эффективных технологических процессов выплавки сталей, сплавов и чугунов невозмома без пояшания' природа явлений, происходящих с стдкш металл ой под влиянием температуры. Для углубления представлений о структурных изменениях изученных в работе промышленных расплавов исследованы бинарные и тройные системы, лежащие в их основе - , //¿-Сг » Ре-В .Информация, о влиянии температуры и состава сплавов на величину их физических свойств тлеет также исключительно важное самостоятельное значение, т.к. поверхностное натяяение, кинематическая вязкость, плотность и другие свойства определяют многие технологические процессы выплавки и затвердевания гадкого металла.

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с научно-технической программой ГКНТ по проблемам металлургии (постановление й 263 от 05.06.86), координационным планом АН''СССР по проб -леме "Физико-химические основы металлургических процессов" (п.2.26.1), комплексной программе "Металл" Государственного комитета "по народному образованию СССР, координационным планом АН СССР по проблеме "Поверхностные явления в расплавах и контактирующих с ниш твёрдых фазах".

Цель тзцботы. Исследование температурных и концентрационных зависимостей, поверхностного натяаеяия щцких сплавов 'Ре-С-¿с ■, Ре-В , //I - С г • Углубление представлений о природе струк -турных превращений в этих расплавах в результате изменения их температуры и состава.

- Исследование температурных зависимостей поверхностного натяжения жвдких промышленных серых чугуноз (марки СЯ18 и др.) ,га -ропрочшсс сплавов на никелевой основе (ЖС26, 1С32, ЖСЗДК, ЖСбУ, ЭП741), аморфпзувдегося сплава на основе Ре.

- Анализ полученных данных осуществлен в совокупности с ре -зульгаташг исследовали других физических свойств и структуры в твёрдом состоянии.

- Разработка оптииальных температурно-вреиенных режимов их выплавки в производственных условиях с целью повышение качества металлопродукции без изменения химического состава статей, сплавов и чугунов и без применения специальных модификаторов.

Научная новизна

1. На основании полученных экспериментальных данных предложена схеиа изменения формы существования углерода в кэдких сплавах

Яе - С-Л' и чугунах под влиянием теишературы. Установлено вяля -нив" исходного состояния расплавов Ре- С - и чугунов на структуру и свойства полученных кристаллических образцов.

2. Выяснено, что изотермы (Г сплавов системы М'~Сг име-зт немонотонный ввд, что вызвано изгленеянем состава и строения юверхности расплава. Показано, что поллтермы поверхностного на-женяя квдкпх сплавов //¿-С: линейны, а яаропрочных сплавов на шкель-хромовой основе проходят через максимум вблизи определенных ■еиператур. Найденные температуры коррелируют с результатами ис -ледованпй других физических свойств и соответствуют интенсивным зиенеяиям структуры расплавов. •

3. Обнаружено, что характер политерм поверхностного натяге -ия аиорфизущихся расплавов типа Ге- В зависит от исходной груктуры и состава сплавов. Так, для до- и заэвтектических сос-звов систегш наблюдается гистерезис политерм 6 . Не-

монотонный ввд политехи & исследуемых сплавов коррелирует с изменением структуры их поверхности и объёма.

Практическая ценность. Расширен банк экспериментальных данных о поверхностном натяжении сплавов систем Ре - С - , Ре - В ,

У'- Сг в области концентраций, характерных дои промышленных композиций. Изучено влияние температуры на поверхностные свойства еццких чугунов (марки СЧ18 и др.), жаропрочных сплавов (типа ЕС и ЭП), ачорфизуищегося сплава на железной основе (марки 7421).

- На основании полученных данных разработаны решш терло -временной обработки промышленных сплавов в процессе их выплавки. Реализация предложенных ренпмов в производственных условиях при -вела к существенным изменениям в структуре и свойствах отливок из чугуна, отливок и волокон из жаропрочных сплавов, аморфных лент.

- Дяя жаропрочных литейных сплавов 2С26, ЕС32, ЖС6У, ЖСЗДК достигнуто увеличение пластичности в 2-3 раза, кратковременной прочности на 10 - 25 %, длительной прочности при высоких температурах на 10 - 20 %. Это способствовало увеличению выхода годных отливок на 15 - 20 %. Для быстрозакаленных волокон пз каропрочно-го сплава ЭП 741 получено увеличение микротвердости по сечению волокон на 15 - 20 %, выхода годной фракции на 56

- Применение ТВО при производстве аморфных лент из сплава

на основе Еелеза позволило повысить степень ее аморфности, поднять порог термической стабильности на 50 увеличить толщину ленты на 10 мкм при сохранении пластических характеристик.

- Разработанная , технология позволяет производить отливки из чугуна с заданной морфологией графитовых вашгаений. Термовременная обработка жидкого чугуна способствовала увеличении термоые -хаяическнх характеристик твердого металла и повышению стойкости изложниц на 10 %.

Автор закидает:

1 - экспериментальные результаты по поверхностному натяжению расплавов Fe -2,8 Sc , Fe-ß , A/i-Cz » гндкях чу-гунов марки- CII8 и др., яаройрочзых с-шавоз на нпкал"520Д основе -2С26, ЯС32, дС6У, дСЗДл, ЗП741, аморфззуацэгося сплава на галоз-Hoit оснозе марки 7421;

- зависимость -хараютра политерл поверхностного натяиония металлических расплавов от структура исходных образцов, морфологии фазовых составляющих;

- пологое нив о взаимосвязи характера политерл поверхностного натязения с ведом поллтерм кинематическо" вязкости, удобного ялект -росопротивленпя, результатами дифференциального термического анализа и парата трата структуры расплава;

- положение о том, что наличие гистерезиса и аномальных отклонений. на политермах поверхностного натязения исследованных расплавов обусловлены изменениями их структуры;

- модельные представления о структуре исследованных сплавов в вдцком состоянии, .характере структурных пзмененй под влиянием температуры, их взаимосвязи со структурой твердого металла;

- практические рекомендации по совершенствования режимов выплавки некоторых марок чугунов, злропрочных и аморфных сплавов на основз комплексного исследования их физических свойств и достигнутые результаты от использования предяоээнннх рекомендаций на Московском научно-производственном объединении "Сатурн", Вархне -Сатдинском металлургическом производственном объединении, произ -водственной лаборатории Московского авиационного технологического института, Златоустовском машиностроительном заводе, Верх-Исэтском заводе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

е

доложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях и совещаниях: "Взаимосвязь жидкого и твёрдого металлических состояний" (Свердловск, ISS7; Сочи,1991), "Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов" (Москва, 1988), Первой Советско-Чехословацком биапоздуме по теории металлургических процессов (Москва, 1989), "Строение и свойства металлических и ила -ковых расплавов" (Челябинск, 1990), "Поверхность г новые материалы" (Ижевск, 1989), "Поверхностные явления в расплавах и технологиях новых материалов" (Киев, 1991).

Структура и объёы рзботр. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитщ>увмой литератур! и приложения. Объём работы -239 е., из них основной текст - 150 е., рисунков 66 , таблиц 21 , список литературы содержит 180 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель исследования, формируются основные положения, выносимые на защиту.

Первая гларз посвякена обзору литературы по различным аспектам работы. В ней рассмотрена роль поверхностного натяжения и других физических свойств в металлургических технологиях. Исследования полотеры физических свойств металлических райплавов могут дать косвенную информацию об изменениях их структуры. Взашосаязь по -верхностного натяжения с объёмными характеристиками следует также из рада экспериментальных работ, посвященных кошшексному исследованию физических свойств реальных металлических расплавов. Многочисленные экспериментальные работы по исследованию физических свойств и структуры металлических расплавов свидетельствуют о возможности скачкообразного изменения состояния расплавов под ми -лниек температуры.

ана информация об использовании сведений о физико-химических войствах расплавов для оптимизации температурно-временшсс реяи-зв выплавки чугунов, сталей и сплавов. Анализ литературных дая-£с свидетельствует о необходимости дальнейшего развития теории здготозки расплава к затвердеванию и целесообразности режимов зрмовремепной обработки (ТВО) промышленных металлических расплата с целью позызеняя качества металлопродукции на основе иссла ->ванпл политерм их поверхностного натяжения в совокупности с пс-гедовзниямп других физических свойств расплавов, а такга струк -ры и свойств твердого металла.

Во второй главе обосновьгзается выбор катода измерения по -рхностного натягения гадких сплавов, характеризуются исходные териалы, оппсызаатся техника и методика эксперимента, оцекша-ся погрешность измерений.

Дня определения поверхностного натязеяия нлдких металлов з бета использован метод "болзеой капли". Реализован способ при-цзтэльного формирования капли металла над подяозгеой, диаметр горой мвяьпз максимального диаметра капли. Эксперименты прово-тись в высокотемпературной вакуумной установке горизонтально -типа. Б Еерхпей части пэчи смеется вакуумный ввод, предназначай для контроля за -активностью кислорода в алдком.металле мзда ЗДС. С целью повышения экспрессностп результатов в работе менялось устройство, позволяющее прозодять замеры основных раз-юз капли непосредственно з ходе эксперимента и получать чис -[ные значения поверхностного натярения по ходу опыта. Проекти-¡аЕие и изготовление новой установки позволили повысить стабиль-ть и достоверность получаемых результатов измерений, псверхкост-о натягания такт.г снизить случайную опибку эксперимента.

Температурные зависимости - 6 модельных сплавов исследоЕа -

лись в процессе нагрева и охлаждения образцов после предварительной ввдершш расплава вблизи температуры плавления до установления равновесного содерганая кислорода в металлической фазе. Температурные зависимости 6" промышленных сплавов исследовались в ходе нагрева и охлаждения образцов.

Предел допускаемой относительной погрешности измерений по -верхностяого натяжения составлял 2 %, а в одном опыте I %.

В третьей главе дан краткий обзор литературных данных о поверхностном натяжении и структуре железоуглеродистых расплавов. Анализ литературных данных свидетельствует, о том, что пздитерглы поверхностного натяжения гелезоуглеродистых расплавов могут дать ценную информацию об изменении их структуры.

Изложены результаты экспериментальных исследований поверх -ностного натяжения сплавов Fe — C-Sl в области концентраций углерода и кремния, характерных для промышленных чугунов. Для приготовления изучаемых сплавов использовалось железо марки В-3, электролитический 1фемний, спектрально-чистый графит. До и после опытов отбирались пробы на анализ кислорода, углерода и серы. Содержание вышеуказанных элементов в исследуемых образцах опреде -ляли методой восстановительного шш окислительного плавления в потоке несущего газа на установках фирмы "Штреляйн" (ФРГ). Со -держание кислорода и серн во всех изученных сплавах сохранялось на одном уровне 0 - 0,005 мае.& £ - 0,0001 мае.?. Соотношение малярных долей углерода и железа составляло йгс : ccfe = 4 : 21.

Паттерны поверхностного натяжения расплавов системы F^-C-Sc представлены на рис, I. Они имеют положительный температурный коэффициент- dL64dt . Увеличение содержания кремния от 0,9 до 5,3 шт.% существенно не влияет на характер зависимостей б*(л6). Все образцы до и после опытов контролировались на содержание кис-

Рис.1. Температурные зависимости поверхностного натязения расплавов Ре -С-Л с раз - . ным содержанием кремния-при нагреве ( • ) и охлаждении (о). ЦисЭры у кривых соответствует содержанию кремния в мол.&

лорода. Анализ показал, что содержание растворенного кислорода в жидких сплавах в процессе эксперимента не изменяется. Зависимость поверхностного натяжения гадких сплавов системы Fe-C-St от содержания кремния немонотонна. Первые добавки кремния приводят к снигешш значений поверхностного натяжения, затем проходя через минимум при концентрации кремния от 2,6 до 3,3 мол % величина & возрастает (рис.2).

Расчет адсорбции кремния в сплавах Fe~C~Sc свидетельствует о том, что её максимум приходится на концентрацию 2,0 ыол.2 Si . При 3,0 isoz.% Si его адсорбция обращается в нуль и в дальнейшем принимает отрицательные значения. Результаты расчётов коррелируют с экспериментальными данными по составу поверхности сплава с 5,3 мол.£ А' , полученными методом рентгеноэлектрон-Hoii спектроскопии.

Ло методике И.А.Русанова в допущении постоянства соотношения концентраций углерода г железа сделана оценка толщины поверхностного слоя расплавов Fc- C~SC в зависимости от содержания кремния. Оказалось, что да мере увеличения концентрации кремния в объёме расплава минимально допустимая толщина возрастает и со.-ставляет 80 атомных слоев при содержании кремния в расплаве 2,6 -4,3 мол.# (рис.2). Дальнейпее увеличение содержания кремния в расплаве приводит к уменьшению минимально допустимой толщины поверхностного-слоя. Результаты свидетельствуют о том, что кремний вытесняется в поверхностный слой не в виде отдельных атомов, а в составе сложных микрогрушщровок. " '

В интервале температур 1400 - 1430 °С ( ) на зависи -мостях б И) наблюдается излом (рис.1). При температурах < ¿>у 6" не зависит от температура, дальнейшее повышение температуры приводит х более интенсивному росту 6 . Как следует на резуяьта -

Рис.2. йшшие содержания кремния на поверкностное

натяжение ( б" ), значения его адсорбции (Г)

и минимально допустимую толщину поверхност -1 < ного слоя в расшшве гелезо-углерод-кремний

при 1500 °С "

тов исследования поверхности методом рентгеноэлектронной спектроскопии в интервале температур ниже поверхность расплава заполнена группировками типа "С - С поэтому изменение температуры не влияет на значения 6. . При более высоких температурах состояние углерода в расплаве меняется, он' входит в состав сложных атомных комплексов, которые обладает определенной поверхностной активностью до отношению а объёму расплава.

С ростом температуры происходит изменение состава и строения поверхностно-активных микрогрушщровок, что влечет за собой с ни -женке их поверхностной активности и рост значений € . Отмечен -ные процессы имеют обратимый характер. Структура расплава восстанавливается при последующем охлаждении.

Полученные результаты позволяют предполагать следующую мо -дель строения расплавов Fe-C~SC . Сразу после плавления они представляют собой сложную мшфонеоднородную, минрогетерогенную систему, в которой присутствуют частицы твёрдой фазы типа нераст-ворившегося графита и микрогрушшровки на основе атомов углерода и кремния. Существование последних наиболее вероятно в области концентраций кремния менее 2,6 иол.%- При более высоких концентрациях кремния его содержание в.поверхности близко к объёмному или меньше, что свидетельствует об отсутствии поверхностно-активных группировок в расплаве с участием атомов крешия.

Полученные модельные представления о структуре сплавов Fe-CS, использованы при исследовании закономерностей изменения физических свойств и структуры жвдких чугунов с целью совершенствования технологии их выплавки с учётом особенностей используемых шихтовых материалов.

Политерды поверхностного натяжения серых чугунов в жидком состоянии имеют вед, характерный для высокоуглеродистых распла-

bob на основа системы Fs — С —Sc . Определены значения врити -ческих тешератур ~t , нагрев до которых не вызывает измене -ния значений 6" (рис.З). Охлаждение расплава, предварительно нагретого до тешератур, выше сопровождается ветвлением поли-терл & . Для некоторых чугунов обнаружена вблизи 1530 - 1540 °С вторая критическая температура iкг , нагрев до которой вызы -вает изменение знака d€/cLt на отрицательный. Достоверность полученных результатов и выводов об изменении строения жидких чугунов под влиянием температуры подтверждается химическим анализом образцов на содержание кислорода, корреляцией с характером изменения кинематической вязкости и удельного электросопротивления, прямыми методами исследования структуры жидких серых чугунов,дифференциально тершгческим анализом, исследованием структуры твёр -дых образцов. Модельные представления о характере изменения строения жидкого чугуна в зависимости от температуры нашли в работе графическое отражение.

Полит ерш физических свойств жтртгог чугунов, а также пред -ставления о механизме влияния температуры на строение расплавов . позволили обосновать оптимальные температурные режимы выплавки чугуна марки СЧ18 с' использованием в шихтовых материалах литейных чугунов различного производства. Предложенные в работе режимы выплавки способствовали улучшению качества и увеличению на 3,2? выхода годных отливов. Получен экономический "эффект от внедрения результатов работы на чугунолитейном- заводе Верхне-Салдин-•. ского металлургического производственного объединения ем.В.И.Ленина. Разработаны оптимальные температурно-временные режимы вы— лавки чугуна при производстве изложниц. Опытная технология спо -собствовала увеличению объёмной доли феррита, повышению микро -твёрдости перлита, уменьшению склонности чугуна к рослости, уве-

Рпс.З. Влияние максимальной температуры выплавки • серого литейного чугуна на характер поли- • терм поверхностного натяжения его расплава при нагрева ( ® ) и охлаждении) (о)

личенив термостойкости. В целом, стойкость изложниц возросла на 10%.

В четвертой гдаве исследованы температурные зависимости поверхностного натяжения сплавов системы F~e-£ в области концент -раций, близких к эвтектическим. Обнаружено немонотонное измене -ние 6 о температурой (рис.4). Результаты свидетельствуют о микронеоднородном строении изученных сплавов. Для эвтектических сшгавов характерно отсутствие гистерезиса полотеры 6~ и других физических свойств, что свидетельствует о равновесности таких расплавов в исслодуемом температурном интервала. Исходное состояние до - и заэвтектическиг сшивов fii-З вблизи температуры плавления не является разновесным. Произведен расчет адсорбции бора в сплавах системы Fe- 6 .

Исследованы температурные зависимости поверхностного яатя -жения прошпленного аморфизущегося сплава на основа системы Fe-8. Как и для близкого по составу бинарного сплава, обнаружено немо -нотонное изменение б" с температурой и увеличение значений поверхностного натяжения при нагреве до определенных температур.Полученные: данные коррелируют с результатами температурных зависимостей удельного электросопротивления ( ) данного аморфного сплава.

Результаты'исследований зависимостей 6 (ir) и ) ■ стазов Fe-3 и промышленного'вморфизущегося сплава легли в основу технологии производства аморфной ленты. Предлокенный темпера -гурный режим выплавки способствовал получению более; гладкой по -¡ерхности аморфной ленты, шероховатость свободной поверхности [енты уменьшилась в 5 раз; повышению.степени её аморфности.росту •ермпческой стабильности получаемой ленты на 50 0 и увеличению её ластичности в 2 раза.

»

Рис.4. Влияние бора на характер температурных зависимостей поверхностного натяжения расплавов яелезо-бор.при нагреве ( ° ) и охлаждении (о) образцов. Цифры у вшивых - содержание бора в мас.%

В пятой главе исследованы температурные и концентрационные зависимости поверхностного натяжения сплавов системы никель-хром в области концентраций до 20 шй.% Сг . Установлено, что изо -термы поверхностного натяжения и адсорбции хрома имеют н&монотон» ншх характер, причем первые экстремумы обнаружены при добавках до I ыас.& Сг в расплав. На основе предположений о возникновении вокруг примесных* атомов микрогруппировок л последующем их взаимодействии получили дальнейшее развитие представления о строении изученных сплавов вблизи температуры плавления. Наблюдаемые экстремумы на изотермах поверхностного натяжения и других свойств,по -видимому, отражают структурные перестройки никель-хромистых рас— лавов.

Исследованы температурные зависимости 6" промышленных жаропрочных сплавов на никэльхромистой основе: ЕС32, ЕС22, КС6У, ЕСЗДК, ЕСЗО, ЭП741. В отличие от политерм 5 сплавов бщгарной системы никель-хром температурные зависимости б промышленных многокомпонентных сплавов имеют аномальный характер (рис.5).. Наблюдается ?псгерезпс температурной зависимости 5 при нагреве до п юоледущем охлаждении. При этом изменяется температурный коэффициент и 6"/си , значения 6 повышаются. Отмеченное свп -[етельствует об измененш структуры расплава при нагреве до ано -1альных температур, повышении степени его однородности..

Полученные сведения о поверхностном натяжении- и удельном лектросопротивлении жидких жаропрочных сплавов позволили разра -отать рекомендации по совершенствованию режимов их выплавки. В знову рекомендаций положено применение ТВО расплава. Реализация редноженных режимов ТВО позволила существенно изменить структу-Т литого металла, что привело к увелпченхзю пластичности в 2-3 1за, кратковременной прочности на 10-25 длительной прочной

Peo.5. Температурные зависимости поверхностного натяжения народрочных сплавов на никелевой основе при нагреве ( о ) и охлаждении (о),

ста на 10 - 20 %. Получен экономический эффект от внедрения ре -зулътатов работы на Московском научно-производственном объеди -нении "Сатурн".

Разработаны режимы термозременной обработки сплава ЭП741 в ' жидком состоянии. Введение ТЗО расплава перед его высокоскоростной закалкой позволяет устранить зону столбчатых кристаллов получаемых волокон из сплава ЭП741. На 15-20 % возросло среднее значение микротвёрдости волокон, подученных по опытной техноло -гии. Возросли прочность и пластичность материала, выход годного увеличился с 28 до 84 %. Оригинальность разработанных технологии подтверждена авторским свидетельством на изобретение и положи -тельным решением на заявку на изобретение.

Завершает работу список литературы и приложение, в том числе л кг испытания чугунных изложниц на Златоустовском металлурги -1еском комбинате, акты внедрения результатов работы на ШО "Сатурн" и чугунолитейном " заводе ВСМПО им. 3.И.Ленина, авторское ;видетельство на изобретение.

! ЗАЗШНЕШВ

Выполненная работа посвящена повыпеяию качества чугунов, аропрочных и аморфных сплавов на основе изучения их поверхност-эго натяжения и других свойств,поверхностного натяжения модель-s расплавов Fp-C~Si , л/с~Сг , FeS, лежащих в их основе, {алпз политерм свойств позволил выявить ряд особенностей изме ->'ния структуры жидких и твердых образцов в ходе их нагрева • и 'следующего охлаждения. Полученные сведения использованы для типизации технологий выплавки сплавов. Основные результаты дне-ртадиошгой работы состоят в следующем:

I. Внесены изменения в конструкцию экспериментальной уста-эки по измерению поверхностного натяжения жидких металлов.Из-

готовлена, смонтирована и залучена в эксплуатации новая рабочая камера, что позволило повысить надёжность установки в целом и увеличить температурный предел измерений до 1850 °С.

2. Проведены исследования поверхностного натяжения сплавов системы Ре ~C~SC в области эвтектических концентраций, выполнены расчеты по оценке адсорбции и толщине поверхностного слоя сплавов в зависимости от концентрации кремния. Результаты расчётов коррелируют с экспериментальными данными о составе поверх -ности расплава Fç-C-Sl , полученными методом рентгеноэлект -роннои спектроскопии,свидетельствуют о гетерофазном и млкронеод-нородном строении этих систем вблизи температуры плавления. Оп -ределены значения критических температур t# , ниже которых в расплаве присутствуют гетерогенные образования из атомов углерода в " С-С " связи. При более высоких температурах углерод входит в состав сложных поверхностно-активных микрогрушшровок. Предложенная физическая картина строения жидких сплавов Fe-C-Sc графически представлена в диссертации.

3. Аналогичные процессы происходят под влшртем температуры и в жидких чутунах. Их отличительной особенностью является наличие гистерезиса политерм 6" в результате нагрева до определен -них температур. Установлено' влияние морфологии графитовых вклю -ченш и вида шихтовых материалов на характер политерд поверх -ностного натяжения нх расплавов. Проанализировано влияние- температуры нагрева жидкого чугуна на содержание кислорода. Гистерезис политерм б наблюдается при неизменной концентрации кис -лорода. Это свидетельствует об отсутствии коррелятивной связи меаду ветвлением политерм 6" и удалением кислорода в изученных сплавах.

На основе исследований поверхностного натяжения и других фи-

зических свойств гадких чугунов разработаны режимы их выплавки в промышленных условиях. Получен экономический эффект от внедрения технологии выплавки чугуна марки 0418.

4. Изучены температурные зависимости поверхностного натяае-нпя сплавов системы Ре-В и промышленного аморфизушцегося ■

сплава на железной основе. Установлено, что характер политерм 6> пронылшенного сплава подобен его измэнеяиа в бинарных сплавах Ре-В . На основании исследования температурных зависимостей 6" разработан режим выплавки сплава в производственных условиях. Опытная технология позволила повысить степень аморфности ленты, порог её тершческой стабильности. Появилась возможность увеличить толщину аморфной ленты на 10 ш при сохранении шгастиче — ских характеристик.

5. Исследованы температурные и концентрационные зависимости поверхностного патягения сплавов системы /Уг'-^ и промышленных жаропрочных- сплавов на шшель-хромйстой ос!?о1^ТЬлученные~ результаты использованы для оптимизации щюмшленяых технологий выплавки сплавов с применением хермовременной обработки расплава. Использование разработок в промышленных условиях позволило увеличить выход годного' и улучшить служебные характеристики металлопродукции. От внедрешш предлагаемых технологий выплавки жаропрочных сплавов получен экономический эффект. , .

Основные результаты диссертации опубликованы в следущпх работах:

I.Применение актинометра для контроля за равновесным содержанием кислорода при изучении поверхностного натяжения металлических расплавов / Г.В.Тягунов, Е.Е.Третьякова, В.С.Попова, М.В.Ровбо, }.М.Матвеев // Расплавы. 1988. Т'.2.Вып.2~. С.90-92-

2.06 особенностях политерм вязкости, электросопротивления, . юверхностного натяжения никельхромовнх расплавов / Э.В.Колотухин, \В.Тягунов, М.В.Ровбо и др.//УIII Всесоюзная;конференция по теп-

гофизическим свойствам веществ: Тез.докл.,20-22 сент.,1908. Новосибирск, 196С. С. 170.

3. Поверхностное натяжение бинарных "расплавов никеля и челе- . за с бором /М.В.Ровбо, Е.Е.Третьякова, В.М.Матвеев и др.// Поверхность и новые материалы: Сб.науч.тр./ УРО АН СССР.Свердловск, 1990j С. 92-96.

i 4. Совершенствование температурно-временннх параметров выплавки серого чугуна с целью повышения стопкости излотаиц / Е.Е.Третьякова, Ч.В.Ровбо, Г. В/Гягунов и др.// Изв.вузов. Черная металлургия. 1989. № II. С. 116—121.

5. Изменение свойств хромоникелевых расплавов в зависимости от состава и температуры / Б.А.Баум, Е.Е.Барышев, Д.Р.Плотидан, Д.Б.Шульгин, М.В.Ровбо и др.// I Советско- Чехословацки" симпозиум по теории металлургических процессов: Тез.докл.', 10-12 окт.,

1989. Москва, 1989. С. 19-23.

6. Структура и свойства мелкокристаллических жаропрочных материалов, полученных методом высокоскоростного затвердевания равновесных и неравновесных сплавов /БЛ.Иитин, В .'П. Салтыков, М.В.Ровбо,

и др./У Авиационная промышленность. 1989. Приложение № 2. С. 43-44.

7.Исследование поверхностных свойств жидких чугунов с различно'' формой графитовых.включени" / Е.Е.Третьякова, М.В.Ровбо,

В.Л.Кузнецов и др. // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов. Тез.докл. УП Всесоюзно?» конференции. Челябинск,

1990. T.I. С. 146-148.

8. Влияние исходно^ структуры чугунов на поверхностное натяжение их расплавов / Е.Е.Третьякова, М.В.Ровбо, О.П.Хакимов, В.С.Чуркин// Литерное производство. 199I. »4. С. 11-12.

9. Способ получения дисперсных материалов / Б.А^Баум, Г.В.Тягунов, Б.С.Митин, Э.В.Колотухин, Е.Е.Третьякова, М.В.Ровбо. Положительное .решение НШГПЭ от 10.06.90 по Ьаявке № 4676974/02

:от 11.04.89. '

• 10. A.c. № 1595625 СССР, МНИ В 22 Д 27/04. Способ получения

фасонных отливок / Ю.Д.Носков, В.В.Худяков, А.В.Шаврин, Б.А.Баум,

В.В.ВьЕХИНцМ.В. Ровбо, Е.Е.Третьякова, Г,В.Тягунов. № 4264II7;

Заявл. 18.05.87; Опубл..30.09.90. Б=ол. № 36.

Подписано в печать 24.09.91 Формат 60x84 I/I6

Бумага Гписчай Плоская печать Ус л.п. л. 1,39 ■

Уч.-изд.л. 1.09_Тираж 100 Заказ 746_Бесплатно

Рецакциояно-пздательский отдел УПИ им.С.М.Кирова 620002, Свердловск, УПИ, 8-2 учебный корпус Ротапринт УПИ. 620002, Свердловск, УПИ, 8-й учебный корпус