Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ. Расплавы металлических 1стем находят большое применение в различных отраслях народного озяйства. Так, их используют в качестве теплоносителей в энергетике, ри производстве полупроводниковых и оптоэлекзронных приборов в рецизионных технологических процессах радиоэлектронной нроммшлен-іости. Многие вопросы, связанные с расплавами металлических систем, вляготся очень важными при решении практических задач метал-іургического производства. В частности, информация о структуре и :войствах расплавов используется при разработке высокотемпературных иетодов их обработки, развитие которых вызвано необходимостью оптимизации энергосберегающих технологий.
Прогресс в этом направлении неразрывно связан с проведением научных исследований расплавов. До сих пор исследования проводились, как правило, на эвтектических системах, к которым относится большинство промышленных сплавов. В изучении расплавов таких систем достигнуты определенные успехи - накоплен обширный экспериментальный материал, развиваются теоретические представления. В частности, исследователями установлено, что свойства расплавов эвтектических систем изменяются аномальным образом в зависимости от температуры и соотношения компонентов в расплаве. Доля аномалий в общем объеме данных по свойствам расплавов растет с увеличением числа исследований.
Аномальное изменение свойств расплавов объясняется наличием структурных превращений в областях микронеоднородности. Однако ряд вопросов, связанных со структурными превращениями н природой микронеоднородности расплавов, изучен недостаточно полно. Невмяснен вопрос о существовании структурных превращений в расплавах широкого
.2
класса сплавов, относящихся к долиотектической области диаграм состояния. Долиотектические сплавы, в отличие от эвтектических сплаЕ являются однофазными и обладают структурой твердых растворої определенном интервале температур и концентрации. В практическои научном отношении изучение твердых растворов важно и тем, ' твердый раствор является составляющей структуры всех звтектичесі сплавов. Лерешен вопрос о взаимосвязи структурных превращений расплавах и характера .роста твердой фазы при кристаллит, долиотекі ических сплавов. Во многом непонятен механизм протекаг структурных превращений в расплавах, а, следовательно, неясна прирс образования микронеоднородности и ее роль в формировании своїй долиотектическнх сплавов в жидком и жидко-твердом состояниях.
СВЯЗЬ МВО'1'Ы С КРУПНЫМИ НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ, Ні тоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с тематик госбюджетных НИР Кабинета Министров Республики Беларусь. Pe3yj таты измерения плотности расплавов и текучести использовались и разработке НИР "Создать технологию получения конструктивных пг. филей из лома алюминия и его сплавов" (ГБ-91-93, 1992 г.); "Анализ повышение качества отливок из черных и цветных сплавов" (ГБ-91-І 1992 г.); "Разработка технологических основ изделия автоматизирован!!! процессоа литейного производства" (ГБ-91-15, 1992 г.). Результаї исследования процесса кристаллизации Al-Si сплавов были использоваї при выполнении хозяйственного договора № 745 "Разработка систел управления качеством алюминиевых сплавов в условиях завода "Зенит", рамках проіраммьі поддержки научных исследований Международно) Научного Фонда Сороса был получен индивидуальный гранг.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является определение вли ния темпераіурьі и состава алюминнево-кре.мниевых долиотектическі сплавов на их свойства в жидком состоянии и в период кристаллизации,
также теоретическое обоснование полученных данных на основе анализа процесса переноса заряда между атомами компонентов сплава, образующих области микронеоднородности.
При выполнении работы были решены следующие задачи:
экспериментально установлены закономерности влияния температуры и состава на плотность расплавов долиотектическнх концентраций системы Al-Si Методом у-проникающего излучения;
экспериментально определен характер влияния температуры и состава на кинетические характеристики роста а твердого раствора в период кристаллизации сплавов долиотектических концентраций системы Al-Si методой компьютерного термического анализа;
проведена термодинамическая оценка температурных областей структурных превращений, происходящих в расплавах долиотектических концентраций системы Al-Si;
проведен расчет температурной границы растворимости в долиотектических сплавах систем Al-Si, Al-Mg, Al-Cu, Al-Au, Al-Ca, Al-Mn, Al-Fe, Al-Ni, Al-Co, Al-ln, Al-Ge, Al-Pb, Al-Sb, Al-Sc ла основе анализа процесса переноса заряда между атомами их компонентов.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве объекта исследования в диссертационной работе использованы долпогектические сплавы системы Al-Si, так как эта система является основой большого класса промышленных систем, и для нее в эвтектической области диаграммы состояния установлены структурные превращения в расплавах.
ГИПОТЕЗА. Предполагается, что в областях микронеоднородности долиотектических расплавов существуют различные тины межатомной связи, образованные посредством переноса заряда между атомами компонентов расплава.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, В работе использованы следующие методы; метод у-проникатощего излучения, метод термического анализа,
метод определения текучести расплавов, метод расчета кинетик» кристаллизации, термодинамический метод.
НАУЧНАЯ НОВИ'ША ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ заключается t том, что впервые изучено влияние температуры и состава на плотность v кинетические-характеристики роста твердой фазы сплавов, относящихся ь долиотектмческой области диаграммы состояния AI-Si. При этом был»: получены следующие оригинальные результаты:
!. Методами у-проннкающего излучения по измерению плотности жидкою состояния и компьютерного термическое анализа процесса кристаллизации сплавов в интервале температур 973-1)73 К в расплавах долиогектических концентраций кремния системы AI-Si экспериментально установлены два структурных превращения.
-
Экспериментально установлены аномальные изменения плотности, кинетических характеристик процесса кристаллизации, текучести в расплавах долиотектических сплавов системы AI-Si при концентрациях кремния 0.7-0.9%(масс.).
-
Проведена термодинамическая оценка температур протекания етрукіурньїх превращений в расплавах долиогектических концентрации кремния системы AI-Si, на основе которой показано, что структурные превращения связаны со свойствами областей микронеоднородности, образованных в результате переноса заряда от атомов алюминия к атомам кремния.
-
Проведены расчеты температурных границ растворимости в системах систем AI-Si, Al-Mg, Al-Cu, Al-Au, Al-Ca, Al-Мл, Al-Fe, Al-Ni, Al-Co, Al-In, Al-Ge, Al-Pb, Al-Sb, Al-Sc, на основе которых оценен характер межатомной связи разноименных атомов в областях микронеоднородности. Установлены наиболее вероятные типы связей, образованные посредством переноса заряда между атомами компонентов систем в областях микронеоднородности.
ссперименталыю определенные температурные интерпалы аиомалий-юпюсти расплавов могут служить основой для построения структурных іаграмм жидкого состояния, знание которых необходимо при управити процессом формирования свойств твердой фазы на стадии жристаллнзашгонного периода. Эти результаты могут быть полезны при вработке технологий высокотемпературной обработки расплавов с глью оптимизации свойств материалов, используемых в металлурги-:ском производстве н машиностроении. Анализ типа межатомной связи в эластях мнкронеоднородноети в жидком и жидко-твердом состояниях тлавов алюминиевых систем может быть интересен для специалистов, питающихся кинетикой образования фаз. Развитый в диссертационной абоге метод расчета температурной границы растворимости может найти рименение при разработке методов прогнозирования физико-химических войств сложных промышленных систем деформируемых сплавов. Термо-;инамическш1 подход к оценке температур структурных превращений, «мешанный на учете переноса заряда между атомами компонентов іашлвва в областях мнкронеоднородноети, может быть полезем для шециалистов, работающих в области термодинамики жидкого состояния
Материалы, связанные с исследованием процесса кристаллизации, .югут быть использованы для постановки лабораторных работ по курсам 'Теория формирования отливки", "Теория литейных сплавов", читаемых в Зелорусской государственной политехнической академии.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РГЛУЛЫАТОВ. Результаты диссертационной работы моїут быть использованы при разработке новых технологических процессов получения высококачественных деформируемых, упрочняемых и неупрочияемых термообработкой сплавов. Экспериментально полученные закономерности по влиянию температуры переірева расплава на плотность и кинетические харакіе-
pit стики роста твердой фазы могут быть использованы при разработке систем управления формированием свойств сплавов.
J. Результаты экспериментальных исследований влияния температуры и состава на плотность и кинетические характеристики роста твердой фазы сплавов долиотектических концентраций системы Al-Si.
-
Результаты термодинамических расчетов температурных интервалов структурных превращений в расплавах долиотектических концентрации системы Al-Si, полученные на основе анализа процесса переноса заряда от атомов алюминия к атомам кремния в областях микронеодно'родностя.
-
Расчет и моделирование температурных границ растворимости бинарных алюминиевых систем Al-Si, Al-Mg, Al-Cu, Al-Au, Al-Ca, Al-Mn, Al-Fe, AI-Ni, Al-Co, Al-In, AI-Ge, Al-Pb, АІ-Sb, Al-Sc.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ. Соискателем самостоятельно выполнены все экспериментальные исследования расплавов с использованием метода 7-Ароішкающеіо излучения, метода термического анализа, метода определения текучести сплавов, проведены термодинамические оценки температур структурных превращений, расчеты темперагурной границы растворимости для бинарных алюминиевых систем. Соискателем разработаны программа по обработке кривой охлаждения с вычислением параметров роста твердой фаш при фазовом переходе «жидкость-твердое тело», программы расчета темперагурной границы растворимости, термодинамического погеїщиала для бинарных сплавов. Публикации по диссертационной работе выполнены совместно с научным руководителем и д.т.н., профессором Соболевым В.Ф.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ Результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях "61st World Foundry Congress" (Beijing, Cliina, 1995),
їаследствєнность в литых сплавах" (Самара, Российская Федерация, 193), а также на семинарах профессорско-преподавательского состава -:лорусской государственной политехнической академии, Белорусского ісударственного университета.
ОПУБЛИКОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ. По мате-іалам диссертации опубликовано 10 работ, включая 8 статей, 2 тезиса окладов на научно-технических конференциях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из ведения, общей характеристики работы, четырех глав, списка иеполь-ованных источников и одного приложения. Диссертация изложена на 19 траттах машинописного текста и содержит 43 рисунка, 12 таблиц. Список использованных источников заключает 188 наименований. Т.ОЛНЫЙ объем диссертации составляет 175 страниц.