СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации КРИСТАЛЛОАМОРФНОЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЕ МЕТАЛЛОРАСПЛАВОВ

КРИСТАЛЛОАМОРФНОЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЕ МЕТАЛЛОРАСПЛАВОВ 

© Дмитрий Иванович Корнеев

Доктор ф. техн., наук, профессор, академик

Генеральный директор ИННТИ УАННП

г. Николаев, Украина 

© Олег Орестович Фейгин

СВРО ИННТИ УАННП

г. Харьков, Украина

Контакт с авторами: fond-nauka@mksat.net, fond@online.kharkiv.com

www.geocites.com/fond_nauka

Процессы метациклического затвердевания при комплексном воздействии дестабилизирующих факторов /КВДФ/ электротоковой импульсной обработки /ЭТИО/ металлов и сплавов по методу академика Д.И.Корнеева, как уже неоднократно отмечалось [1 - 3], имеют целый ряд специфических особенностей, не встречающихся при равновесной кристаллизации. Главная из них состоит в уникальном явлении возникновения метастабильных кристаллоаморфных конгломератов, формирующих мелкодисперсную субкристаллитную металломатрицу [4, 5].

Модельные построения для затвердевания расплавов металлов и сплавов могут основываться на системе кинетических соотношений определяющих процессы тепло - и массопереноса в ходе квазихимических реакций внутри и на поверхности раздела агрегатных фаз. Одно из них является основным уравнением метастабильного термобаланса в зоне реверсивных агрегатных переходов "ликвидус ó солидус":

l (s) gradT(s) - l (l) gradT(l) = N l * v(g), (1)

где l (s) и l (l) – коэффициенты теплопроводности твердой и жидкой фазы; l * - удельная теплота фазовых переходов; v(g) – скорость агрегатных превращений. Из уравнения (1) следует, что скорость роста микрокристаллитов в первую очередь зависит от разности произведений термодинамических параметров среды затвердевающего расплава. Поэтому, ввод дополнительного КВДФ ЭТИО, изменяющего внутреннюю геометрию тепловых полей, приводит к изменению течения агрегатных превращений, лимитируя их относительную скорость. Несомненно, что на рост субмикрокристаллитных конгломератов оказывает самое непосредственное влияния процессы, протекающие на поверхности каналов электрических разрядов /КЭР/ [6, 7]. К сожалению, отсутствие в настоящее время развитой теории данного явления, заставляет ограничиться чисто качественным рассмотрением.

 

В соответствии со схемой вышерассмотренных неравновесных фазовых переходов, реверсивные квазихимические реакции будут протекать следующим образом:

F (pl) => gradT(l) + g(l) ó gradT(s) + g(s); F (pl) + gradT(l) => g(l) + g(ls) ó gradT(s) + g(s). (2)

В соответствии с данной схемой действия квазихимических реакций потоки плазмоидных образований формируют интегральный флюенс носителей заряда, рассеивающийся на фазовых неоднородностях среды металлорасплава. Конвертационная диссипация электромагнитной энергии, сосредоточенной в стволе шнурованного КЭР, вызывает локальный разогрев зон фазового эквилибриума и подплавление микрокристаллитов. Сопутствующие магнитогидродинамические колебания среды расплава деструктируют подплавленные фрагменты редуцированных дендритов и транспортируют их в зону превалирующего ликвидуса. Здесь осколки ветвей дендритов становятся новыми центрами неравновесного фазообразования [8].

 

В предыдущих работах [9, 10] были рассмотрены некоторые аспекты вихретокового стекания шунтирующих токов по приповерхностному слою. Представляет вполне определенный интерес рассмотрение процессов неравновесного затвердевания вблизи поверхности такого скин-слоя, путем составления следующего термобаланса:

p(s) c(s) r3(s) [l (s) d^2T(s) / dr^2 + v(g) dT(s) / dr] = 2h ^3(s) [T(l) – T(s)], (3)

где h (s) – коэффициент теплоотдачи твердой фазы.

 

Анализ соотношения (3) показывает, что его левая часть описывает температуропроводность и термокинетические изменения скин – слоя за счет перемещения границ твердой фазы, а правая половина связана с перераспределением тепловых потоков диффузионно – конвекционного обмена. В свою очередь, интегрирование формулы (3) при стандартных начальных и граничных условиях от температуры плавления на верхней границе ликвидуса до температуры полного затвердевания на нижней границе солидуса приводит к следующему выражению:

ΔT = ΔT(0) exp{r {0,5 v(g) / l (s) +[0,25 [v(g) / l (s)]^2 – 2 h (s) / l (s) r]^0,5}}, (4)

где ΔЕ(0) – локально – равновесная разница температур на верхней фазовоинверсной границе до начала КВДФ ЭТИО. С помощью уравнения (4) можно представить аналитический вид для градиентов поля температур, деструктирующего развитые дендриты, путем подплавления их ветвей:

gradT(s) =ΔT(0) {0,5 v(g) / l (s) – [0,25 [v(g) / l (s)]^2 – 2 h (s) / l (s) r]^0,5}. (5)

Следующим по своему значению фактором, определяющим течение фазоинверсных процессов агрегации, является скорость термопотоков через внешнюю поверхность совершенного солидуса. Закономерности такого процесса имеют следующую математическую форму:

v(t) = [T(l) – T(s)] [l (s) p(s) c(s) / π t*]^0,5. (6)

Одним из наиболее сложных и малоизученных вопросов теории макронеравновесного фазоинверсного затвердевания, несомненно, является корректное аналитическое описание воздействия на агрегатные превращения внешних и внутренних электромагнитных полей.

Магнитогидродинамические эффекты на границе солидуса в первом приближении можно рассматривать, как некоторые факторы, лимитирующие ход термоконвекции и ограниченные в своем действии вихревыми потоками расплава и термоконвекцией. Восходящие и нисходящие турбулентные течения проводящего жидкого металла при движении сквозь силовые линии магнитного поля испытывают интенсивное индуктивное торможение. Такому резистивному эффекту можно сопоставить появление поперечно – горизонтальной составляющей у течения расплава. которую в некотором приближении можно рассматривать как магнитную вязкость текучей проводящей среды. Граничными условиями учета явлений магнитной вязкости, как хорошо известно, может служить соблюдение критерия Гартмана:

M* = H r(p) / [R(m) m ]^0,5 > 1, (7)

где R(m) – электросопротивление металлорасплава; m - динамическая вязкость среды. Соответственно, основное уравнение для потока тепловой энергии будет иметь вид:

dT / dt = l (l) Ñ ^2T – v(g) dT / dr. (8)

В отличие от вихревых турбулентных потоков, медленное ламинарное течение металлорасплава приводит к ускоренному анизотропному росту дендритных ветвей и столбчатых кристаллитов. Их развитие, как правило, происходит в направлении против основного набегающего течения. Это связано с достаточно хорошо изученным явлением гидроабляции, состоящего из смывания набегающим потоком жидкого расплава активных растворенных компонент со стороны микрокристаллов, обращенных к течению. В тоже время, конвективные турбулентные потоки фильтруют осколки микрокристаллитов среди основных дендритных ветвей. Частично происходит вторичная деструкция периферийных дендритных образований с последующим образованием хаотических конгломератов микрополикристаллитов [11].

Хорошо известно, что кристаллизация металлорасплавов в нормальных терморавновесных условиях. без участия каких-либо искусственных факторов протекает от первичной ячеистой к дендритной структуре. При этом на торце ствола образуются ячейки структурных неоднородностей, которые впоследствии могут развиться в дендритные ветви. Воздействие КВДФ ЭТИО оказывает двойственное влияние на агрегатно-фазовые превращения. С одной стороны их ввод ускоряет процессы вторичного зародышеобразования из осколков ветвей дендритов. Это увеличивает вероятность появления дефектов структуры ствола микрокристаллитных ячеек. С другой стороны, КВДФ ЭТИО разрушает развитые ветви дендритов, и замедляют первичное образование зародышей твердой фазы. Сопутствующее распаду ствола КЭР выделение тепла подплавляет развитые структуры кристаллитов. Данные процессы протекают практически синхронно и их конкуренция, и определяет эволюцию кристаллоаморфных фазоинверсных состояний. Все вместе это приводит к возникновению плотноупакованной мелкозернистой поликристаллической фазы.

Сравнение стандартной нормализующей термоциклической обработки низколегированных сплавов с КВДФ ЭТИО показывает, что превращение обедненных легирующими элементами центральных участков дендритов в перлит, сопровождается закалкой внешних слоев с образованием мартенсита. Здесь просматриваются прямые аналогии с гомогонизацией КВДФ ЭТИО, вызывающим эффекты перестройки с дроблением первичнозатвердевших зерен и распадом столбчатых и равновесных образований, включая малолегированные осколки дендритов.

В нормальных условиях равновесной кристаллизации, образованию стандартных столбчатых структур сопутствует микросегрегация. Основное её проявление заключается в возникновении избыточной ликвационной фазы в междендритных промежутках. Отсутствие микроликвационных включений после КВДФ ЭТИО подтверждает эффективность метода и может быть интерпретирована, как следствие действия конвекционных потоков и диффузионного массопереноса. В результате интеграции данных процессов будет происходить сильное лимитирование развития микроликвации и её подавление, не позволяющее ей развиться в макропроцесс.

Особый интерес будет предоставлять кристаллографическое исследование динамики изменения дисперсности структуры дендритов при КВДФ ЭТИО. В качестве модельного приближения данного процесса можно рассмотреть изменение баланса количества растворенного компонента. Тогда, фракция, вытесняемая при увеличении концентрации доминирующего химического ингредиента, будет входить в выражение:

Δm(s) [C(l) – C(s)] = [1 – m(s)] ΔC(l), (9)

где Δm(s) – изменение весовой доли твердой фазы; C(l), C(s) – концентрации компонент расплава в жидкой и твердой фазе; ΔC(l) – разница концентраций жидких ингредиентов до и после вытеснения в расплав. Полученное выражение можно преобразовать с учетом явления обратной амбиполярной диффузии через поверхность раздела фаз следующим образом:

[C(l) – C(s)] dr(p) / dt = [r – r(p)] dC(l) / dt + D(s) dC(s) / dr, (10)

где r(p) – толщина раздела агрегатных фаз; D(s) – коэффициент диффузии в фазе выраженного солидуса.

Сложный характер дендритных изоконцентрат и необходимость учитывать метастабильные процессы термодиффузии затрудняет поиск точных решений системы уравнений (9) и (10). Бесспорным единственным выводом может служить то, что в первом приближении степень дисперсности дендритов, в частности линейные размеры ветвей вторичных кристаллитов зависят от величины пограничных термоградиентов обратно пропорциональным образом. В основном же кристаллографические аспекты воздействия ЭТИО сводятся к деградации дендритов, их деструкции и участии их фрагментированных осколков во вторичном гетерогенном кристаллоаморфном затвердевании. В результате таких процессов происходит редукция межкристаллитных эквидистанций с уплотнением общей структуры [12].

 

ЛИТЕРАТУРА 

  1. Фейгин О.О. Воздействие сверхвысокоэнергетичных электроимпульсов на металлорасплавы // SciTecLibrary. com. 2003. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5294.html
  2. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Парадоксальная физика сверхмощных электроимпульсных разрядов // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5347.html
  3. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Феноменологическая термодинамика сверхвысокоэнергетических электроимпульсов в металлорасплавах // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5422.html

  4. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Термодинамика жидких металлов при сверхвысоких энергиях электротокового воздействия // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5454.html

  5. Петренко С.С., Фейгин О.О. Макронеравновесная кристаллизация металлорасплавов // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5687.html

  6. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Металлоквазикристаллизация при сверхвысоких энергиях воздействия // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6078.html

  7. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Электрофизические методы управления кристаллизацией свариваемого металла // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6302.html

  8. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Теоретические исследования процессов высокоэнергетической электротоковой обработки металлосплавов // Ibid. - http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6436.html

  9. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Механизмы действия электроимпульсных каналов в металлорасплавах // Ibid.– http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6586.html
  10. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Сверхэнергетические импульсы в металлосплавах // Ibid. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6649.html
  11. Петренко С.С., Фейгин О.О. Макронеравновесная модель квазициклического затвердевания металлосплавов // Ibid. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6651.html
  12. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Сверхэнергетическая электроимпульсная обработка сварных соединений // Ibid. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6669.html

Дата публикации: 2 февраля 2004
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.