В 1982 году В.И. Шаповалов опубликовал монографию "Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов", В ней приведены построенные им в соавторстве с сотрудниками участок диаграммы состояния железо – цементит – водород (рис 21) и гипотетическая диаграмма железо – графит – водород (рис 22).
Рис. 21. Изотермические разрезы диаграммы Fe–C–H при температурах 1115 (а) 820 (6) и 715°С (в).
Рис. 22. Гипотететическая квазиравновесная диаграмма состояния системы железо – графит – водород (рH2 > 30 МПа).
В 1985 году опубликована статья "Водород как легирующий элемент". В ней на основании большого накопленного опыта по влиянию водорода на свойства стали и чугуна сделано следующее заключение: "Таким образом, накопленные к настоящему моменту экспериментальные данные показывают, что использование водорода в качестве легирующего элемента совершенно нового типа перспективно. Уникальность водорода как легирующего элемента заключается не только в возможности нетривиального воздействия на свойства металлов и характер протекания в них фазовых и структурных превращений, но и в возможности так называемого обратимого легирования, которое неосуществимо с помощью ни одного из других химических элементов".
В 1985–1986 гг. В.И. Шаповалов и кандидат технических наук В.Ю. Карпов открыли неизвестное ранее явление возникновения подвижных водородонасыщенных метастабильных зон при полиморфном превращении металлов. В металловедении известно, что полиморфное превращение в сплавах, протекающее по диффузионному механизму, сопровождается перераспределением компонентов между растущей и исчезающей фазами. Считалось, что наличие примесей в этих условиях не должно влиять на механизм перестройки кристаллической решетки. Это мнение было основано на том, что перераспределение, происходящее внутри фаз, не должно приводить к накоплению примесных атомов вокруг движущейся межфазной границы, поскольку скорость диффузии атомов в кристаллах на много порядков ниже скорости движения межфазной границы. Было известно также, что если в объеме металлов и сплавов протекает полиморфное превращение, то их предел текучести в этот момент снижается в 2–5 раз (эффект динамической сверхпластичности).
Авторы открытия установили, что при наличии в кристаллической решетке ряда металлов (в частности, железа и марганца) растворенного водорода принципиально меняется механизм её перестройки. Водород накапливается между растущими и исчезающими кристаллами, образуя зоны, обогащенные этим газом в десятки и тысячи раз больше по сравнению с равновесным состоянием. Возникновение и движение этих зон приводит к интенсивному формоизменению, напоминающему течение вязкой жидкости, без приложения внешнего механического воздействия. Новое явление сопровождается еще одним эффектом – импульсным выделением водорода из металла в момент полиморфного превращения. Особое и сильное влияние водорода на свойства чугуна требует более тщательного анализа причин образования графита. Различные воздействия на расплав изменяют форму графита в микроструктуре твердого чугуна. Так изучено влияние гидродинамического воздействия в печи ИЧТ-1 на процессы, происходящие при плавке, и структурообразование в чугуне. Интенсивность перемешивания регулировали изменением степени заполнения тигля и подведением различной удельной мощности. В качестве шихтовых материалов применяли стальной лом, электродный порошок и ферросилиций ФС75. В процессе плавки в основных и нейтральных тиглях наводили известковые и карбидные шлаки. Обработку расплава шлаками производили при 1400–1480°С.
Установлено, что обработка металлов шлаками в условиях интенсивного перемешивания существенно уменьшает количество кислорода в чугуне. Удаление из жидкого чугуна поверхностно-активных элементов – серы, кислорода и других газов приводит к глубоким изменениям в микроструктуре. До наведения специальных шлаков структура контрольных образцов диаметром 30 мм состояла из перлита, феррита и пластинчатого графита с преимущественным междендритным расположением. С увеличением в шлаке содержания карбида кальция в структуре металлической основы возрастало количество перлита (от 60 до 100%), форма графита изменялась от пластинчатой к точечной, при наибольшей глубине удаления поверхностно-активных элементов – к шаровидной. При обработке чугуна известковыми шлаками с сохранением указанных гидродинамических режимов, плавким в металлической основе, преобладает феррит; форма графита также изменяется от пластинчатой до шаровидной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.