ИЦМ Форум

Исследовательский центр Модификатор

Модифицирование сплавов: разработка, внедрение, технический аудит
Металловедение. Металлургия. Литейное производство

[ на главную ] [ литература ] [ вопрос-ответ ] [ экология ] [ персоны ] [ предприятия ] [ выставки ] [ контакты ]
    Конференция "Детали машиностроения из ЧВГ: свойства, технология, контроль" пройдёт в Набережных Челнах. Подробнее » ICQ 263-224-713    

Наномодификатор как инструмент генной инженерии структурного состояния расплава чугуна.
Давыдов С. В.

Сборник докладов Литейного консилиума №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей» - Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006.

С позиций фуллереновой природы жидкого чугуна проанализировано влияние поверхностно-активных элементов Vа и VIа подгрупп таблицы Менделеева на процессы модифицирования и кристаллизации чугуна. Показано, что жидкий чугун является однофазной системой и представляет собой углеродно-железистый полимер, к структурным базовым элементам которого относятся фуллерены и углеродные наночастицы на их основе. Разработана структурно-масштабная организация железоуглеродистого расплава и предложена новая классификация процессов модифицирования. На базе выполненных исследований разработана технология наномодифицирования расплава чугуна.

Управление структурным состоянием расплава чугуна, а, следовательно, и процессом формирования заданных свойств при кристаллизации, осуществляется в практике литейного производства за счет следующих внешних воздействий: обработка расплава чугуна в процессе плавки (термовременная выдержка, обработка ультразвуком, электромагнитным полем и т.д.); модифицирование, легирование, рафинирование и т.д.

Наиболее эффективным, гибким и универсальным процессом является модифицирование расплава различными типами модификаторов и лигатур. Однако проявление модифицирующего эффекта ограничивается температурой расплава перед модифицированием. Нижний температурный предел модифицирования, как показывает практика, находится в пределах 1340…1360°С. Данный температурный предел позволяет разделить расплавы чугуна на низкотемпературные – 1200…1320°С (доменный и ваграночный чугун) и высокотемператрурные – 1380…1400°С и выше (электроплавка и «дуплекс-процесс» вагранка+миксер)...

<<...>>

... В настоящее время научная база знаний о формах графита (углерода) в расплавах чугуна значительно расширилась и особо следует рассмотреть взаимодействие ПАЭ с фуллеренами и углеродными наночастицами на основе фуллеренов [4-7].

Существующая кластерная теория строения расплавов не может в полной мере раскрыть механизм влияния и воздействия ПАЭ на процессы структурообразования как в твердом, так и в жидком состоянии. Кластер, по определению, не имеет поверхности раздела, связан с маточным расплавом, и его невозможно выделить из системы. Следовательно, в системе не существует межфазной поверхности раздела кластер-расплав, на которую могли бы осаждаться ПАЭ.

Одним из свойств фуллеренов, которое кардинально изменяет взгляды на структуру жидкого чугуна, является наличие физической поверхности раздела фуллерен – расплав со всеми термодинамическими параметрами, присущими фазовым поверхностям раздела, что открывает возможности объяснения целого ряда явлений при модифицировании и кристаллизации расплавов чугуна [4,6].

Фуллерены относятся к так называемым фрактальным кластерам, как единичным наноструктурным элементам, формирующим структурную фрактальную основу расплавов. В настоящее время образование фрактальных кластеров обнаружено практически у всех жидких металлов, а также в чугунах и сталях [6]. Под фракталами понимают масштабно-инвариантные объекты или системы, сохраняющие неизменными свои структуры при изменении масштаба их рассмотрения. Фрактальные (или самоподобные) структуры возникают в открытых системах, находящихся в условиях протекания диссипативных процессов и склонных к самоорганизации. Движущей силой образования фрактальных диссипативных самоорганизующихся структур является стремление системы к снижению свободной энергии.

Принцип минимума производства энтропии, как и свободной энергии, позволяет системе при изменении энергетической обстановки в качестве ответной реакции самоорганизовывать такую структуру, которая соответствовала бы минимуму энтропии в системе. Именно такие самоорганизованные структуры и получили название диссипативных структур в открытых динамически неравновесных системах [7,8]. Формирование фрактальных структур осуществляется из кластеров, имеющих размеры от (2…10) нм и состоящих из не менее (102…105) атомов [7,8].

Фуллереновые наночастицы могут быть нескольких типов [4,5]:

  • наночастицы с оболочечной структурой фуллерена (форма многогранника), центральная внутренняя полая часть которой наполнена кристаллом металла или карбида металла, как правило, типа МС2.
  • наночастицы сферической формы (диаметром 30…200 нм) с ядром из карбида металла, которые покрыты несколькими или несколькими десятками графитных слоев, не образующих замкнутых оболочек. Получены наночастицы с ядрами из карбида кобальта, карбида железа, карбида никеля.
  • наночастицы различной формы из никеля, кобальта и железа, покрытые тонкой пленкой из аморфного углерода или графитовых слоев, не образующих замкнутых оболочек.

Выполненные исследования [9,10] показали, что углерод способен к формированию различных полимерных структурированных образований, от плоских полициклических кластеров до объемных фуллереновых наночастиц, на любом масштабном уровне системы. Углерод обладает фактически неограниченными возможностями диссипации энергии в открытых динамически неравновесных системах различного класса с образованием адаптированных диссипативных самоорганизующихся иерархических структур на базе фуллеренов с магическими числами и других углеродных образований...

<<...>>

... Наномодификатор эффективно влияет на кристаллизацию не только графитной фазы, но и на фосфидную эвтектику, и на первичное зерно чугуна, и на фазу неметаллических включений, активизируя последнюю в качестве дополнительных гетерогенных центров графитизации. Наномодифицирование носит единый и всеобщий характер воздействия как на жидкий, так и на кристаллизующийся чугун, независимо от его предыстории. Другой важнейшей особенностью наномодифицирования является его низкая чувствительность к значительным колебаниям химического состава расплава чугуна и к способам плавки, а также подавление проявления «наследственности» шихтовых материалов в структуре чугунной отливки, поскольку ПАЭ, входящие в состав модификатора, воздействуют избирательно на формирование структуры чугуна и структурообразование при его кристаллизации. Также наномодифицирование противодействует явлению увядания инокулирующего эффекта в процессе выдержки расплава в ковше перед заливкой формы, что увеличивает технологический цикл живучести расплава чугуна...>>

Здесь представлено несколько отрывков статьи:

Давыдов С. В. Наномодификатор как инструмент генной инженерии структурного состояния расплава чугуна – Сб.докладов Литейного консилиума №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей» - Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006 - с. 40

Ознакомиться с полным текстом статьи в формате TIF; 1,08 МБ >>>


Перейти к разделу "Статьи"



Получен патент на нирезист. Разработан состав нирезиста, позволяющий экономить никель до 30%. Подробнее >>>

[новости] | [книги] | [статьи] | [патенты] | [вопрос-ответ] | [экология] | [персоны] | [предприятия] | [справочник] | [ссылки] | [реклама] | [поиск] | [галерея] | [форум] | [контакты]

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru


Графит. ИЦМ

Алмаз. ИЦМ

Фуллерен. ИЦМ


Раздел "Статьи"

Наши контакты: mod2004@rambler.ru тел.: +7 917 270 30 43

Locations of visitors to this page 2007-2015 © "Исследовательский центр Модификатор" www.modificator.ru  
При использовании материалов сайта, активная ссылка на источник обязательна.