www.mexanik.ru

Памяти нашего товарища
и сотрудника М.Н.Кушнира
посвящается

ВВЕДЕНИЕ

Разработка путей повышения качества металлопродукции требует анализа и совершенствования всех стадий ее производства. Получение большинства сталей и сплавов связано с их выплавкой, поэтому по мере углубления сведений о твердом состоянии все большее внимание уделяется жидкой фазе, предшествующей ему в технологической цепи производства.

Вновь создаваемые промышленные процессы и технологические режимы предусматривают усиление комплекса тепловых, механических, химических и других воздействий на металлический расплав. Для достижения наибольшего эффекта и сознательного управления сложными процессами возникла необходимость в накоплении сведений о таких свойствах промышленных расплавов, как вязкость, плотность, электросопротивление, поверхностное натяжение и т.п. Эти сведения потребовались не только для обеспечения максимального снижения газонасыщенности стали, содержания в ней неметаллических включений и вредных примесей. Согласно многочисленным предположениям и отдельным экспериментальным результатам, они необходимы также для формирования наиболее благоприятного микроскопического состояния расплава, которое при неизменном химическом составе обеспечит наилучшие свойства твердого металла.

К настоящему времени накопилось довольно много экспериментальных данных о свойствах жидких промышленных сплавов, необходимых для углубления и развития представлений о процессах, протекающих с участием металлических расплавов. На их основе выполняются гидродинамические, тепловые и другие расчеты; модернизируются и конструируются металлургические агрегаты и оборудование; совершенствуются существующие и создаются новые технологии, преследующие цель улучшения качества продукции и повышения эффективности производства.

Интересные результаты получены при изучении взаимосвязи структур ближнего порядка и соответственно свойств жидких и твердых сплавов. Расплавленные стали, особенно в производственных условиях, как и большинство реальных многокомпонентных жидкостей вблизи температуры их кристаллизации, чаще всего не находятся в состоянии равновесия. По отношению к внешним термодинамическим параметрам (температуре и давлению), характеризующим макроскопическое состояние системы, положения и скорости перемещения частиц, составляющих эти расплавы, как правило, не соответствуют области их равновесных значений. Важнейший вопрос, связанный с этим, состоит в том, какова скорость изменения структуры сплава по сравнению со скоростью изменения внешних условий и насколько устойчивы в разных условиях неравновесные (метастабильные) состояния. В данном случае эти состояния интересны тем, что неравновесность микроскопического строения жидкости - это одна из тех причин, следствием которых является нередко наблюдаемое, но очень слабо изученное влияние жидкого состояния на твердое. Это влияние проявляется, например, в степени отклонений реальной структуры твердого тела от идеальной модели кристаллической решетки. При этом свойства твердых образцов оказываются разными в зависимости от того, насколько при прочих одинаковых условиях была далека от состояния равновесия кристаллизующаяся жидкость.

Для закрепления и расширения начатых исследований промышленных расплавов, а также для разработки и обоснования наиболее важных научных задач этого направления необходимо обобщить полученные сведения и попытаться вскрыть причины формирования того или иного комплекса свойств жидких сталей и сплавов. Этому способствуют и успехи в развитии физики жидкого состояния, в частности исследования свойств и строения чистых металлов и двух- и трехкомпонентных сплавов [ 9—45].

Основой рядовых, качественных и высококачественных сталей и прецизионных сплавов являются железо, никель, кобальт и их взаимные растворы [35—38]. Промышленным и приготовленным в лабораторных условиях расплавам этих систем посвящена настоящая книга, Многие присущие им закономерности наблюдаются [24—26, 40] также у алюминиевых, кремниевых и прочих расплавов. Из рассматриваемых свойств в настоящее время наиболее полно изучена вязкость. Остальные, не менее важные и интересные свойства (плотность, электросопротивление и др.) исследованы слабее. Это обусловило расположение материала в книге. При написании книги авторы ставили перед собой следующие задачи: обобщить экспериментальные сведения о свойствах вышеназванных расплавов, выделить наиболее интересные результаты, выработать на основе этого рекомендации для практики металлургического производства и наметить пути дальнейших исследований промышленных расплавов.

Наряду со стремлением всесторонне отразить состояние рассматриваемых вопросов авторы приводят результаты собственных исследований. Редактирование материала наряду с участием в написании всех ее глав осуществил Б.А.Баум. Современные представления о природе, строении и свойствах жидких металлов и сплавов (гл. I) рассмотрены Е.А. Клименковым, который также обобщил данные о свойствах взаимных растворов переходных металлов (гл. IV). Существующие представления о взаимосвязи жидкого и твердого состояний (гл. II) описаны Б.А.Баумом и Г.В.Тягуновым. Особенности разбавленных растворов на основе железа (гл. III) описал Ю.А.Базин. Материалы по совершенствованию технологий выплавки сталей путем целенаправленного теплового воздействия на расплав (гл. V) подобрали для публикации и проанализировали Г.В.Тягунов, Г.А.Распопова, Г.А.Хасин, В.Б.Михайлов и Л.В.Коваленко.

В ходе написания книги использованы результаты новых исследований, которые предоставили сотрудники кафедры физики Уральского политехнического института В.С.Цепелев, В.С.Гущин, Л.В.Говорухин, П.С.Попель, В.Е.Сидоров, Б.П.Гольтяков, К.М.Шварев. Н.И.Внуковский, Е.Е.Третьякова и Е.Л.Архангельский, за что авторы выражают им благодарность.

Назад, на страницу описания