О СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАХ НЕКОТОРЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Геннадий Васильевич Тягунов, Евгений Евгеньевич Барышев, Андрей Геннадьевич Тягунов, Ирина Владимировна Вандышева, Наталия Анатольевна Зайцева, Валерий Сергеевич Мушников

Аннотация


Рассмотрены различные модели строения металлических расплавов. Учитывая данные современных исследований, можно считать, что структура жидкости сложна и состоит из различных атомных ассоциаций. Ими являются кластеры и межкластерное пространство. Между отдельными структурными составляющими четко выраженные границы отсутствуют. Межкластерные разрывы представляют собой щели шириной около 0,1 нанометра, раскрывающиеся и закрывающиеся при расхождении и схождении кластеров в процессе тепловых колебаний. Термодинамические расчеты позволяют определить количество кластеров и атомов в кластере и другие характеристики структурных параметров, а также найти их температурные зависимости. Предложенный подход к анализу структуры и свойств приводит к новой информации о состоянии металлических расплавов. В частности, известно, что такие свойства, как кинематическая вязкость, плотность и поверхностное натяжение существенно зависят от величины и количества кластеров, а также характеристик межкластерного пространства. Кроме того, политермы рассчитанных параметров адекватно отражают характер температурных зависимостей свойств. В работе изучены образцы чистого никеля и четырех жаропрочных сплавов. Характеристики структуры исследованных жаропрочных сплавов оказались близки по величине и виду температурной зависимости. Данные по жидкому никелю описываются аналогичной температурной зависимостью и незначительно отличаются от жаропрочных никелевых сплавов. Вид температурных зависимостей свойств жаропрочных никелевых сплавов существенно отличается от закономерностей, характерных для чистого металла. Политермы кинематической вязкости, плотности и поверхностного натяжения жаропрочных никелевых сплавов изменяются незакономерно и характеризуются гистерезисом, т. е. несовпадением величины свойств при нагреве и охлаждении. Политермы удельного сопртивления в температурном интервале «солидус–ликвидус» жаропрочных никелевых сплавов изменяется на 3–4 % практически скачкообразно. Использование различных существующих моделей строения металлических жидкостей позволяет расширить возможности обсуждения представлений о структуре и свойствах изучаемого объекта и раскрытия существенных его особенностей.

Ключевые слова


жидкий металл; жаропрочный сплав; строение; кластер; межкластерное пространство; свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Mott N.F. Electrons in Disordering Structures]Advances in Physics (Phil. Mag. Suppl.), 1967, vol. 16, no 61, p. 49.

Elanskiy G.N., Elanskiy D.G. Stroenie i svoystva rasplavov [Structure and Properties of the Melts]. Moscow, MGVMI Publ., 2006. 228 p.

Tsepelev V.S., Konashkov V.V., Baum B.A. et al. Svoystva metallicheskikh rasplavov [Properties of Metal Melts]. Ekaterinburg, UGTU-UPI Publ., 2008, vol. 1. 358 p., vol. 2, 383 p.

Stewart G.W. [X-ray diffraction in liquids] Reviews of Modern Physics, 1930, vol. 2, no. 1, pp. 0116–0122.

Benz C.A., Stewart G.W. The cybotactic condition of isopentane in the region of the critical point Physical Review, 1934, vol. 46, no. 8, pp. 0703–0706.

Kirkwood J.G. Statistical mechanics of fluid mixtures. Journal of Chemical Physics, 1935, vol. 3, no. 5, pp. 300–313.

Kirkwood J.G. Statistical mechanics of liquid solutions. Chemical Reviews, 1936, vol. 19, no. 3, pp. 275–307.

Bernal J.D. An attempt at a molecular theory of liquid structure. Transaction of the Faraday Society, 1937, vol. 33, no. 1, pp. 0002–0007.

Bernal J.D. Geometry of the structure of monoatomic liquids. Nature, 1960, vol. 185, no. 4706, pp. 68–70.

Gingrich N.S. The diffraction of x-rays by liquid elements. Review of Modern Physics. 1943, vol. 15, no. 1, pp. 0090–0110.

Danilov V.I. Stroenie i kristallizatsiya zhidkostey [Structure and Crystallization of Liquids]. Kiev, AN USSR Publ., 1937. 392 p.

Danilov V.I., Radchenko A.V. Rentgenostrukturnye issledovaniya zhidkikh metallov [X-ray investigation of liquid metals]. Solid State Physics, 1937, no. 12, pp.756.

Vilson D.R. Struktura zhidkikh metallov [Structure of Liquid Metals]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1973. 221 p.

Ubbelohde A.R. Rasplavlennoe sostojanie veshhestva [The Molten State of Matter]. Moscow, Metallurgiya. Publ., 1982. 376 p.

Vertman A.V., Samarin A.M. Svoystva rasplavov zheleza [Properties of Iron Melts]. Moscow, Nauka. Publ., 1969. 255 p.

Arkharov V.I., Novokhatskiy I.A. Mikrogeterogennoe stroenie zhidkikh metallov [Microheterogeneous structure of liquid metals]. Report of AN SSSR. Publ., 1969, 188, № 5, P. 1069.

Baum B.A. Metallicheskie zhidkosti – problemy i gipotezy [Metal Liquids – Problems and Hypotheses]. Moscow, Nauka, 1979. 120 p.

Baum B.A., Khasin G.A., Tyagunov G.V. et al. Zhidkaya stal' [Liquid Steel]. Moscow, Metallurgiya, 1984. 208 p.

Popel' P.S. Metastable Micro-geterogeneity of Melts in Systems with Eutectic and Monotectic and its Effect on the Alloy Structure after Solidification. Melts, 2005, no. 1. pp.22-48.

Popel' P.S., Sidorov V.E., Brodova I.G., Kal'vo-Dal'berg M., Dal'berg U. Vliyanie termicheskoy obrabotki iskhodnogo rasplava na strukturu i svoystva kristallicheskikh slitkov ili otlivok [Influence of Heat Treatment of Initial Melt on Structure and Properties of Crystal Ingots and Castings]. Melts, 2020. no. 1. Pp. 1–34.

Gavrilin I.V. Osnovy modeli mikroneodnorodnogo stroeniya zhidkikh metallov [Base of model of microgeterogeneous structure of liquid metals]. Povyshenie kachestva otlivok i slitkov [Increasing of Alloys and Ingots Quality]. Gorky, GPI Publ., 1979, no. 2, p. 5.

Gavrilin I.V. Plavlenie i kristallizatsiya metallov i splavov [Melting and Crystallization of Metals and Alloys]. Vladimir, VGU Publ., 2000. 260 p.

Tyagunov G.V., Baryshev E.E., Vandysheva I.V., Zaytseva N.A., Khomenko A.O. Struktura i svoystva zhidkogo zheleza [Structure and Properties of Liquid Iron]. Bulletin of the South Ural State University. Series «Metallurgy», 2019, vol. 19, no. 3, pp. 13–23.

Rassolov S.G., Sviridova E.A., Maksimov V.V. et al. Thermal Stability, Kinetics, and Mechanism of Decomposition of Nanocomposite Structure in Alloys Base on Aluminium. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2015, vol. 37, no. 8, pp. 1089–1111.

Baryshev E.E., Tyagunov A.G., Stepanova N.N. Vliyanie struktury rasplava na svoystva zharoprochnykh nikelevykh splavov v tverdom sostoyanii [Influence of Melt Structure on Properties of Heat resistant Nickel Alloys in Solid State]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2010. 199 p.

Tyagunov G.V., Baryshev E.E., Tsepelev V.S. et al. Metallicheskie zhidkosti. Stali i splavy [Metal Liquids. Steels and Alloys]. Ekaterinburg, UrFU Publ., 2016. 358 p.

Tyagunov G.V. et al. Sposob otsenki ravnovesnosti metallicheskikh rasplavov [The way to estimation of equilibrium of metal melts]. Patent RF, no. 2680984, 2019.

Valiev, R.Z., Korznikov, A.V., Mulyukov, R.R. Structure and properties of metallic materials with submicrocrystalline structure. Physics of Metals and Metallography, 1992, vol. 73, no. 4, pp. 70–86.

Nazarov A.A., Romanov A.E., Valiev R.Z. On the nature of high internal stresses in ultrafine grained materials. Nanostruct. Mater., 1994, vol. 4, no. 1, pp. 93–102.

Gertsman V.Yu., Birringer R., Valiev R.Z., Gleiter H. On the structure and strength of ultrafinegrained copper produced by severe plastic deformation. Scripta Metall. Mater., 1994, vol. 30, no. 2, pp. 229–234.

Neiman G.V., Weertman J.R., Siegel R.W. Mechanical behaviour of nanocristalline Cu and Pd. J. Mater. Res., 1991, vol. 6, no. 5, pp. 1012–1027.

Alexandrov I.V., Valiev R.Z. X-ray pattern simulation in textured nanostructured copper. Nanostruct. Mater., 1995, vol. 6, no. 5–8, pp. 763–766.

Gusev A.I. Nanomaterialy, nanostruktury, nanotekhnologii [Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2009. 416 p.

Christian J.W. Teoriya prevrashcheniy v metallakh i splavakh [Theory of Transformations in Metals and Alloys.]. Moscow, Mir, 1978. 806 p.

Mudry S., Kulyk Y., Kotur B., Kovbuz M., Hertsyk O. Themperatures changes of structure in Al18Ni8Y5 amorphous alloy. Archives of Materials Science, 2004. vol. 25, no. 4, pp. 373–378.

Shubnikov A.V. Kak rastut kristally [How Crystals Grow]. Moscow; Leningrad : AN SSSR Publ., 1935. 175 p.

Johnson R.A. Empirical potentials and their use in calculation of point defects in metals. J. Phys. F. : Metall. Phys. 1973, vol. 3, no. 32, pp. 295–321.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met200206

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share