Теоритический анализ диаграмм состояния тройных и многокомпонентных систем в деятельности металлургов

Теоритический анализ диаграмм состояния тройных и многокомпонентных систем  в деятельности металлургов

Исагулова Д, А.,

1 Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, Mira B., No 56, undergraduate, tel. [phone], e-mail: *****@***ru

2 Karaganda State Technical University, 100027, Karaganda, Mira B., No 56, undergraduate, tel. [phone], e-mail: askar. *****@***com

Основной целью Государственной политики по развитию науки и технологии  является реализация Программы ускоренного индустриально-инновационного развития Казахстана, которая предусматривает создание промышленных предприятий, ориентированных на выпуск конечной продукции с большой добавленной стоимостью из отечественного cырья.

На фоне глобализации мировой экономики Казахстан сталкивается с рядом проблем: сырьевая направленность экономики, незначительная интеграция с мировой экономикой, неразвитость производственной инфраструктуры, общая техническая и технологическая отсталость предприятий, отсутствие действенной связи науки с производством, отсутствие финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Двойные сплавы встречаются в практической деятельности сравнительно редко. Почти все промышленные сплавы содержат три, четыре и большее число компонентов. Одно это заставляет обратиться к изучению за­кономерностей в изменении свойств в зависимости от состава в тройных и многокомпонентных сплавах.

Экспериментальные исследования показывают, что нельзя судить о свойствах тройного сплава по суммарным свойствам двойных сплавов. Часто два добавленных компонента реагируют друг с другом и дают новое химиче­ское соединение, сообщающее новые свойства тройному сплаву. Третий до­бавляемый компонент может изменять растворимость второго компонента в первом, уменьшая ее или увеличивая. В свою очередь с изменением раство­ римости одного компонента в другом связано изменение физических и меха­нических свойств сплавов.

Большое количество качественно различных тройных сплавов можно составить, даже если ограничиться только двадцатью важнейшими металла­

=1140.

Учитывая, что в пределах одной системы можно менять свойства, изменяя количественные соотношения компонентов, то число возможных вариантов значительно возрастает.

Одна из задач современного металловедения ­ создание новых металлических материалов с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками. В связи с этим большое значение придается как экспериментальным исследованиям фазовых равновесий в тройных и много­ компонентных металлических системах, так и теоретическому обобщению накопленного материала по этим системам и установлению общих законо­ мерностей в их строении.

Особыми разделами теории диаграмм состояния тройных и многокомпонентных систем стали: прогноз диаграмм состояния; изображение диа­грамм состояния многокомпонентных систем в пространстве и проекциях; расчет диаграмм состояния.

Академик отмечал: «…без геометрических представлений понимание явлений природы и обладание производственными процесса­ ми было бы невозможно…».

Построение диаграмм состояния путем экспериментальных исследований – это сложный и трудоемкий процесс. Для этого используют разнообраз­ные методы физико­химического анализа: вакуумная металлография и дила­ тометрия, термический анализ, микрорентгеновский анализ, электронная микроскопия и др. Несмотря на трудности, работа в этом направлении ведет­ ся во всех промышленно развитых странах мира. Разрабатывают вопросы, связанные с созданием банков данных по диаграммам состояния, термодина­ мическим свойствам компонентов, типам кристаллических структур, фаз и т. п.

Применение аналитического представления хотя бы отдельных границ фазовых областей на диаграммах состояния позволяет сократить объем экс­периментальной работы. Бочвар указывал, что «…разработку соответствующих уравнений отдельных кривых диаграмм состояния надо рассматривать как одну из важнейших задач теоретического металловеде­ния».

Диаграммы состояния тройных и многокомпонентных систем дают важную информацию о фазовом составе сплавов в равновесных (или близких к ним) условиях, а также о температурах начала и конца различных фазовых превращений. Металловеды и специалисты смежных областей используют эти сведения из диаграмм состояния при оптимизации технологии производ­ ства деформированных полуфабрикатов и отливок из сплавов. Знание крити­ ческих точек сплавов позволяет научно обоснованно подходить к выбору технологических режимов получения и последующей обработки сплавов. Например, температурные режимы плавки и литья сплавов связаны с их температурами ликвидуса (Тплавления= Тликвидуса +DТ, гдеDТ ­ заданный пе­ регрев). Из теории термической обработки металлов и сплавов известно, что температура солидуса определяет температуру гомогенизационного отжига литых сплавов (Тгом. отжига=0,9…0,95 Тсолидуса), а температуры солидуса и соль­ вуса – температуру нагрева деформированных полуфабрикатов или отливок под закалку (Тсольвуса< Тзакалки<Тсолидуса). Для многих цветных сплавов темпе­ратура рекристаллизационного отжига, применяемого к деформированным полуфабрикатам, связана с температурой солидуса соотношением: Трекр. отжига» 0,4…0,8 Тсолидуса. Температура солидуса определяет температуру старения на максимальную твердость и прочность термически упрочняемых сплавов, закаливаемых без полиморфного превращения (Топт. старения=0,5…0,6 Тсолидуса). Температура солидуса является также важнейшей характеристикой конструкционных сплавов, предназначенных специально для работы при по­ вышенных температурах (жаропрочные сплавы). Рабочие температуры таких сплавов определяются их температурами плавления (Трабоч. =0,5…0,7 Тсол или выше), а последние – химическим составом сплавов. Известно также, что сплавы, имеющие в своей структуре эвтектику, обладают хорошими литей­ ными свойствами, а сплавы – твердые растворы хорошо деформируются и т. д. Тройные и многокомпонентные системы необходимы не только метал­ловедам, но и металлургам для понимания металлургических реакций в штейнах и шлаках, разработки и усовершенствования металлургических процессов получения металлов и соединений, их очистки от примесей. Известно, что образование ряда горных пород связа­но также с процессами превращения в сложных системах. Поэтому одной из задач подготовки высококвалифицированных специалистов является глубо­кое изучение тройных и многокомпонентных систем. Представление о темпах изучения тройных и многокомпонентных ме­таллических систем разных типов почти за три десятилетия, когда этим во­просам придавалось большое значение, дает таблица.

Период	Системы
времени	тройные	четверные	пятерные	более сложные
1955­1960	345	34	6	2
1961­1965	542	48	1	6
1966­1970	644	54	7	7
1971­1975	848	86	9	1
1976­1980	764	99	13	2
1981­1982	387	61	8	9

Таблица 1. Число построенных (очень редко полностью, а обычно в виде одного или нескольких се­ чений) в мире диаграмм состояния тройных и многокомпонентных металлических систем.

Значительно меньшее число построенных диаграмм состояния четвер­ ных и более сложных металлических систем, по­видимому, обусловлено несколькими причинами: необходимостью изучения более простых систем, большой сложностью их графического изображения по сравнению с двой­ными и тройными системами, недостаточной разработкой отдельных вопро­ сов теории и, наконец, просто недооценкой роли многокомпонентных систем в металловедении и смежных областях.

Российскими и зарубежными учеными достаточно полно разработаны методы расчета линий фазовых равновесий в двойных и тройных металличе­ских системах. Эти расчеты основаны на определенных модельных представ­ лениях о жидких и твердых растворах, упорядоченных фазах и соединениях. Следует отметить успехи в этом направлении таких ученых как Л. Кауфман, Маклеллан, , и др.

Достаточно давно при изучении свойств металлических сплавов в зави­симости от состава применяют математическое планирование эксперимента, а именно планирование на симплексе. Одним из ведущих специалистов в этой области был . Большой известностью пользуются его работы по построению математической модели поверхности ликвидуса системы Ni­ Ni3Al­Ni3Nb.

Список использованных источников:

1. Конноли Дж. и др. Диаграммы фаз в сплавах. – М.: Мир, 1986. 

Захаров, состояния двойных и тройных систем. [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /.­ М.; Металлургия, 1990.

3.Новиков, , термическая обработка и рентгенография [Текст]: учеб. для вузов /, , . – М.:МИСиС, 1994.­

4.Штейнберг, [Текст]/. – Свердловск, 2001.

5. Биронт, . Металловедение палладия и его сплавов [Текст]: учеб. пособ. /, , . ­ГУЦМиЗ. – Красноярск, 2007.