Заметим, что характер связи структуры и свойств расплава с аналогичными характеристиками твердого металла может быть абсолютно разным. Причина – в неравновесности расплава перед кристаллизацией, неоднозначность механизмов кристаллизации. Если же говорить о структуре, то речь должна идти не только о составе сплава по химическим элементам его основы, но и о неконтролируемых примесях, роль которых велика [20, 21]. Важнейшим положением, получившим убедительное экспериментальное подтверждение, является здесь то, что влияние примеси на свойства нужно рассматривать с позиций энергии их взаимодействия с окружающими частицами [20], а также то, что в силу упомянутой выше динамичности микрогруппировок их размеры не играют решающей роли в формировании свойств [25, 27, 28]. Поэтому перестройка структуры должна происходить как активационный процесс, проходящий переходное состояние, возникновение которого требует затрат энергии.
Таким образом, можно заключить, что в переплавных и внепечных методах существенную роль играют общие пути воздействия на расплав, приводящие к стабилизации его структуры, т.е. приближению его локального порядка в расположении атомов компонентов к равновесному, а также к снижению содержания примесей. Рассмотрим некоторые методы внепечной обработки, способные приводить к таким результатам.
1.3 Способы обработки расплава вне печного агрегата
Высокие показатели свойств цветных и черных сплавов определяются их химическим составом и содержанием примесей, которые корректируются с помощью различных технологий, используемых в металлургии и литейном производстве. При этом важная роль здесь принадлежит обработке расплава вне печного агрегата [34–38]. Анализ направлений развития способов внепечной обработки расплавов, используемых для металлопродукции массового назначения из чугунов, сталей, сплавов на алюминиевой и медной основе показывает, что в мировой практике наиболее широкое распространение получили – обработка расплава газом, твердыми и жидкими реагентами, вакуумированием, электрическими полями, а также фильтрация жидкого металла.
Каждый из используемых способов является многоцелевым и решает ряд задач, таких как рафинирование от газов; рафинирование от неметаллических включений; снижение концентрации избыточных ингредиентов; модифицирование структуры; легирование; регулирование температуры расплава; усреднение химического состава.
Заметим, что применение каждого из указанных способов внеагрегатной обработки может иметь различные варианты и режимы [34, 37, 38]. Все более пристальное внимание исследователей привлекают комплексные методы обработки, использование которых позволяет получать не аддитивные результаты [38–43]. Но комплексирование любых способов эффективно лишь в случае благоприятной их адаптации как друг к другу, так и к различным условиям передела. Последнее может оказаться ключевым, т.к. различные условия передела на разных предприятиях могут приводить к различным качественным и количественным результатам обработки [39].
К категории нетрадиционных способов внепечной обработки можно отнести применение вихревого реактора, в котором используется эффект завихрения струи расплава при тангенциальном вводе его в воронку. Вихревая струя, истекающая из воронки, на значительном протяжении сохраняет приобретенное вращательное движение расплава и осевой разрыв сплошности [44].
В физико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины разработаны технологии и оборудование получения высокопрочного чугуна обработкой расплава парами магния, полученными в плазменном испарителе. Здесь достигается соблюдение равенства массовых расходов усвоенного в расплаве и полученного в испарителе магния [45]. Предложена новая технологическая схема получения стали с использованием регенерированных, т.е. специально подготовленных, сталеплавильных шлаков [46]. Эффективно развивается направление глубинной обработки плазменной струей [47-49]. Для улучшения совмещения процессов нагрева и рафинирования стали используется метод обработки расплава погруженной электродугой [50].
Можно отметить ряд способов обработки расплава, развитие которых за последние два десятка лет показывает их перспективу. Это – обработка расплава концентрированными потоками энергии, в том числе и в импульсном режиме. Сюда можно отнести электрогидроимпульсную обработку расплава погруженным волноводом [39, 51, 52], упомянутую обработку плазменной струей и обработку расплава электрическим или магнитным полем [53, 54].
Исследование, разработка и внедрение новых технологических процессов и агрегатов внепечной обработки расплава с использованием концентрированных потоков энергии позволят прийти к новому экологически чистому, высокопроизводительному и высокоэкономичному производству литой продукции. Одним из важнейших обстоятельств этого перехода является качественно новое понимание механизмов воздействия на структуру и свойства металла. Как уже отмечалось ранее, в этом плане современный взгляд на структуру металла в системе иерархии ее уровней может открыть новые возможности в описании эффектов воздействия, а значит получить качественно новые исходные данные для рекомендаций по получению высоких показателей качества.
Исходя из микронеоднородного строения металлической жидкости, которая представлена кластерами (элементами мезоструктуры) и межкластерными разрывами (элементами атомной структуры), логично предполагать, что именно влияние на жидкую фазу, через которую в процессе получения проходят все без исключения металлы, может иметь основополагающее значение для формирования структуры и свойств твердого металла. При этом речь идет не только об изменении межатомных расстояний, координационных чисел, геометрии расположения атомов, размеров упорядоченных комплексов, но и об управлении всей иерархической структурой, а, следовательно, и свойствами сплавов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.