ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние модификаторов на поверхностное натяжение на границе жидкость — пар из "Модифицированный стальной слиток " Растворимые примеси могут оказывать влияние на кристаллизацию стального слитка, изменяя скорость зарождения центров кристаллизации к их роста. Механизм модифицирования изучали многие исследователи. II. А. Ребиндер объясняет механизм модифицирования избирательной адсорбцией поверхностно активных примесей на фронте кристаллизации, из-за чего тормозится рост кристаллов. М. С. Липман в развитие идей Ребиндера приводит большой экспериментальный материал, показывающий, что модифицируюш,ее действие поверхностно активных элементов тем выше, чем больше их атомный радиус по отношению к растворителю. Высказывается мнение, что насыщение адсорбционного моно-молекулярного слоя на грани растущего кристалла обусловлено ограниченной растворимостью модификатора в твердом растворе. [c.107] Обсуждая литературные данные, автор приходит к следующему заключению адсорбция поверхностно активных примесей обусловлена плотностью вакансий и дислокаций, размером и ориентацией блоков. Адсорбированные поверхностно активные примеси снижают эффективность дислокационных петель, границ блоков и источников стока вакансий, ослабляют упругие напряжения, что приводит к затруднению передвижения растворенных атомов к линейным и поверхностным дефектам и к частичному торможению распада твердого раствора. [c.108] В работе [4] исследовали влияние модификаторов на дислокационную структуру трансформаторной стали с 2,86% Si. Модификаторы (0,2% Се или 0,005% В) способствуют упорядочению дислокаций внутри зерен. В модифицированной стали дислокации образуют ряды. В образцах с церием дислокации выявились более четко, чем в образцах с бором. [c.108] Фридель рассматривает различные случаи взаимодействия дислокаций с примесями. При диффузии атомов В в кристалл Si вблизи границ создается большая плотность дислокаций. Такое же воздействие оказывает сера при ее диффузии через границы в кристаллы a-Fe. Дислокации в мягкой стали блокируются более подвижными атомами N, если возникают большие облака Коттрела и выделяются карбидные частицы. Д. МакЛин [96] утверждает, что скопления атомов С и N в Fe более вероятны, чем равномерное их распределение в матрице вдоль дислокаций. Неравномерное распределение примесных атомов связано с малой растворимостью С и N в Fe. [c.109] Введение в металл малых количеств растворимых добавок приводит к торможению дислокаций при деформации кристалла под воздействием небольших напряжений. Дислокации задерживаются полями напряжений вокруг атомов растворенного элемента. [c.109] Я- Любов [49, с. 19—26] считает, что краевые дислокации или их группы, независимо от истории возникновения, стимулируют появление локальных полей напряжений, обусловленных наличием сжатых и растянутых областей кристалла. [c.109] Краевые дислокации оказывают влияние и на образование зародышей новой фазы, так как они уменьшают энергетические затраты. [c.109] Надгорный [97, с. 151—175] рассмотрел скорость движения изолированных дислокаций в ионных, ковалентных и металлических кристаллах. Скорость перемещения дислокаций меняется в зависимости от способа и длительности нагружения образца. На движение дислокаций оказывает влияние природа их возникновения. Дислокации, возникшие во время роста и охлаждения кристалла, закреплены точечными дефектами, тормозящими их передвижение. Такие дислокации состарены и не принимают участия в скольжении. Дислокации, образовавшиеся под воздействием нагрузок, подвижны. [c.109] Для возможности изучения скорости движения дислокаций плотность состаренных дислокаций должна быть меньше 10 —10 см , чтобы они не мешали следить за скоростью передвижения свежих дислокаций, вводимых в кристалл путем нанесения на его поверхность царапин и уколов. Импульсное нагружение вызывает движение или изолированных друг от друга одиночных дислокаций, или отдельных групп. Длина пробега изолированных одиночных или головных дислокаций в отдельных группах зависит от содержания примесей, структуры, сил химической связи, температуры и уровня приложенного напряжения. Различный характер зависимости скорости движения дислокаций от напряжения и температуры в кристаллах с разным типом химической связи и кристаллической решетки приводит автора к заключению, что движение дислокаций обусловлено взаимодействием их с фононами и, возможно, с электронами. [c.110] Осипьян [97, с. 115—135] использовал метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для исследования состояния электронов, локализованных в ядрах дислокаций Si с добавками Р при концентрациях 10 —10 см . В монокристаллах чистого Si при пластической деформации обнаружены парамагнитные центры, названные Д-центрами, концентрация которых увеличивается с повышением плотности краевых дислокаций, возникающих при пластической деформации. Впервые показана связь электронов примеси сидрами краевых дислокаций в Si. [c.110] В работе [98] изучали подвижность дислокаций в Si с электрически активными добавками В, А1, Р, As, Sb и нейтральными — Ge и О при концентрациях 10 — 10 ° СМ- . В монокристаллах Si движение дислокаций обусловлено экстремально высокими барьерами Пайерл-са. Нейтральные добавки не оказывают заметного влияния на подвижность дислокаций. Электрически активные добавки по мере повышения концентрации увеличивают скорость движения дислокаций. Эти результаты представляют интерес для оценки активности добавок при модифицировании слитка и ставят под сомнение утверждение Мак-Лина о том, что выделения, образующиеся при модифицировании сплава, всегда оказывают доминирующее влияние на закрепление дислокаций. [c.110] Механизм воздействия модификаторов на дислокационную структуру литой стали связан, вероятно, с характером взаимодействия вводимых добавок с примесями, оказывающими барьерный эффект. [c.111] Авторы работы [100] использовали донорно-акцеп-торную теорию взаимодействия электронов в полупроводниковых материалах для объяснения механизма модифицирования А1 переходными металлами с недостроенной с -электронной оболочкой (Ti, Zr, V, Nb, r и др.). Акцептирующую способность элементов оценивали по степени измельчения структуры алюминиевого слитка. Наибольшей акцептирующей способностью обладает Ti, наименьшей — Сг. Воздействие на структуру слитка таких модификаторов, как Ti и Zr, обладающих каждый в отдельности большой акцептирующей способностью в А1, при совместном их введении в расплав неаддитивно. Уменьшение влияния совместно введенных модификаторов на измельчение зерна в алюминиевом слитке объясняется активным Sd-обменом между Ti и Zr. Образование при модифицировании интерметаллидов, служащих дополнительными ц. к., связывают также со степенью акцептирования переходных металлов. Одним из основных факторов, определяющих модифицирующую способность переходных металлов, являются число и энергетическое состояние электронов на недостроенных оболочках изолированных атомов. По мнению авторов, изложенные соображения позволяют менее эмпирично подходить к выбору модификаторов. Предлагаемая гипотеза перекликается в известной мере с гипотезами Григоровича и других авторов. [c.111] Принцип выбора модификатора базируется на следующих положениях [85]. Модификатор в малых концентрациях должен взаимодействовать по крайней мере с одним из компонентов сплава и образовать химическое соединение с температурой плавления более высокой, чем модифицируемый сплав. Изоморфные частицы, образовавшиеся в расплаве, способны адсорбировать на своей поверхности частицы кристаллизующегося вещества. [c.112] Сирота [102, с. 82—106] более детально рассматривает механизм модифицирования. Вследствие адсорбции растворимого модификатора на поверхности изоморфных примесей нарушается существовавшее размерное и ориентационное соответствие между решетками включения и кристаллизующегося сплава. Из-за возникновения адсорбционного слоя изоморфная примесь пассивируется и не может служить затравкой для образования зародыша. Этой гипотезой автор объясняет отрицательное воздействие модификатора при его введении в расплав в концентрациях больших оптимальной. [c.112] Вертман и А. М. Самарин [И] привлекли теорию Ребиндера о влиянии поверхностно активных веществ на образование трещин в кристаллах. Поскольку графит имеет слоистую структуру, возникновение трещин в местах скопления дислокаций по границам блоков под воздействием напряжений вполне вероятно. Поверхностно активные вещества в расплаве при контактировании с пакетом графита образуют адсорбционный слой, давление которого приводит к потере прочности пакета в дефектных местах и к его диспергированию, в результате чего возникают сферолиты. [c.112] Элемент с обобщенным моментом, меньшим, чем обобщенный момент растворителя, является поверхностно активным. Молекулы растворителя, обладающие большим значением т, т. е. большими силами взаимодействия, будут концентрироваться внутри зерна, а растворенный модификатор, обладающий меньшим т, будет адсорбироваться на поверхности зерна и тем самым ослаблять межфазное поверхностное натяжение. По разности обобщенных моментов растворителя и растворяемого элемента автор предлагает оценивать поверхностную активность добавки если А/и 0, то добавка поверхностно активна. Однако этот критерий часто не подтверждается экспериментальными данными. [c.113] Ниженко и В. Н. Еременко [104], сопоставив критерии поверхностной активности с литературными и собственными экспериментальными данными, показали, что используемые критерии обнаруживают различную степень надежности. [c.114] Как видно из формулы (21), определение Т весьма усложнено. Сравнительная простота применимости формулы (22) к металлам усложняется при переходе к анализу сплавов и делает ее совсем неприменимой к многокомпонентным системам, в частности к сталям. Методически оказывается также трудным определение удельной теплоты испарения многокомпонентной системы. [c.114] Таким образом, рекомендация использовать критерии АЧ и АР не может быть реализювана для стали. [c.114] Вернуться к основной статье