» » Химическая микронеоднородность металлических расплавов
30.01.2015

Исследования Я.И. Френкеля, А.М. Самарина, П.В. Гельда, Н.А. Ватолина, Г.С. Ершова, И.В. Гаврилина по структуре и свойствам металлических расплавов показали сходство координации частиц и их взаимодействий в жидких и закристаллизовавшихся металлах и сплавах. Такие структурно-чувствительные свойства металлических расплавов, как вязкость, плотность и поверхностное натяжение, коррелируют с механическими свойствами готовых сталей и сплавов.
Отмеченное в ряде работ неравновесное состояние металлических расплавов, подкрепляемое гистерезисом их физико-химических свойств в процессе нагрева и охлаждения, связано с лимитирующей ролью диффузии в данных конденсированных фазах. Известно, что качество металлических расплавов характеризуют термодинамические параметры и отклонения систем от равновесия, связанные с кинетическими параметрами. По термодинамическим параметрам определяют направление химических превращений и равновесный состав, оценивают возможность развития окислительно-восстановительных процессов, реакций образования карбидов, нитридов и интерметаллических соединений в объеме металлических расплавов, существенно влияющих на механические свойства готовых сталей и сплавов. Естественно, что одна термодинамика без кинетических данных не дает представления о развитии процессов, протекающих в металлических расплавах, во времени и степени их завершенности. Период достижения равновесия определяется скоростью химической реакции и скоростью доставки реагентов в зону взаимодействия. С повышением температуры лимитирующая рoль переходит от химического взаимодействия к доставке элементов в зону реакции, которая зависит от само диффузии и диффузии. Самопроизвольный перенос элементов, воздействие химических, физических сил и влияние переноса элементов на качество металлических расплавов — все это, по выражению А.В. Кайбичева, составляет область транспортных процессов. Эта область оказывает влияние на связь процессов с переносом элементов в металлических расплавах на основе определения коэффициентов самодиффузии и диффузии.
Самодиффузия — это самопроизвольное перемещение элементов в расплавах за счет энергии теплового движения, она характеризует вероятность встречи элементов, которая определяет начало химического взаимодействия. При химическом взаимодействии элементов в расплаве возникает градиент химических потенциалов, который создает диффузионные потоки элементов в зону реакции и способствует развитию процесса диффузии. Сведения по коэффициентам диффузии элементов в металлических расплавах, особенно на основе железа, весьма ограничены. Они содержатся в работах Д.К. Белащенко, В.А. Григоряна, Г.С. Ершова, Е.И. Харькова, Б.Н. Линчевского.
Для определения коэффициентов диффузии элементов в жидких металлах применяются различные методы: электрохимические, растворения вращающегося диска, электромагнитного перемешивания, твердожидкого контактирования и капиллярные. Наибольшее распространение получили капиллярные методы. Авторы данной книги также использовали вариант капиллярного метода — метод кольцевого зазора, при котором меньше оказывается погрешность, связанная с эпитаксиальными явлениями.
A/B. Кайбичев электрохимическим методом исследовал диффузию элементов в железоуглеродистых расплавах. Полученные при этом результаты представлены в табл. 2.
Химическая микронеоднородность металлических расплавов