Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 880
Статья научная
Выполнено термодинамическое моделирование процессов взаимодействия циркония и кислорода, растворенных в жидкой меди. Установлено, что компоненты системы Cu 2O-ZrO 2 сопряжены с жидким металлическим расплавом в системе Cu-Zr-O. С использованием данных о температурах и теплотах плавления оксидов Cu 2O и ZrO 2, а также положений субрегулярных ионных растворов и совершенных ионных растворов определены координаты линии ликвидус диаграммы состояния системы Cu 2O-ZrO 2. Расчет активностей оксида меди и оксида циркония показал, что и в области существования оксидного расплава имеют отрицательное отклонение от закона Рауля. Для интервала температур 1100-1300 °С построена поверхность растворимости компонентов в металле (ПРКМ) системы Cu-Zr-O. В ходе моделирования установлена температурная зависимость параметра взаимодействия первого порядка по Вагнеру в медном расплаве. Определены составы металлического расплава, равновесного с чистыми твердыми оксидами Cu 2O и ZrO 2, а также составы металлического расплава, равновесного с оксидным расплавом. Также определены линии трехфазных равновесий («жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид Cu 2O»; «жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид ZrO 2»; «жидкий металл - твердый оксид Cu 2O - твердый оксид ZrO 2») и точка четырехфазного равновесия «жидкий металл - оксидный расплав - твердый оксид Cu 2O - твердый оксид ZrO 2». На ПРКМ нанесены изотермы растворимости кислорода в жидкой меди и определен максимум раскислительной способности циркония. Установлена высокая раскислительная способность циркония в расплавах на основе меди.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время получение высококачественных конструкционных материалов вплотную связано с отработкой технологий микролегирования и модифицирования стали сплавами щелочноземельных (ЩЗМ) и редкоземельных (РЗМ) металлов в агрегате печь-ковш. Рационально подобранные композиции рафинирующих и модифицирующих добавок позволяют повлиять на микроструктуру металла, увеличить прочность и пластичность стального проката, повысить хладостойкость и коррозионную стойкость стали, а также глобуляризировать неметаллические включения, резко сократить их количество и размер. Считается, что наиболее эффективными модификаторами являются комплексные сплавы, содержащие наряду с кальцием барий и стронций. Модифицирующая способность ЩЗМ в жидком железе увеличивается в ряду Ca, Sr, Ba, следовательно, по модифицирующей способности кальций уступает стронцию и барию. В то же время процессы раскисления стали сплавами, содержащими ЩЗМ, особенно раскисление стронцием, изучены недостаточно. Для разработки научно обоснованных составов рафинирующих сплавов для раскисления и модифицирования необходимо проведение расчетов, позволяющих оценить, в частности, раскислительную способность щелочноземельных элементов, в том числе и стронция. В данной работе с использованием метода построения поверхностей растворимости компонентов (ПРКМ) рассматривается рафинирующее действие стронцийсодержащих сплавов. Выполнены расчеты по построению диаграммы состояния системы FeO-SrO-CaO и ПРКМ системы Fe-Sr-Ca-O-С. По результатам расчета показано, что при одновременном присутствии кальция и стронция в жидком железе реализуется комплексный механизм раскисления с образованием в качестве неметаллических включений частиц твердого раствора оксидов |SrO, CaO(FeO)|тв.р с минимальным содержанием оксида железа (порядка 0,001 мас. %).
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Термодинамический анализ распределения серы при ЭШП стали 12Х1МФ под доменным шлаком
Статья научная
С помощью программного комплекса Terra выполнен термодинамический анализ поведения серы при ЭШП стали 12Х1МФ. В качестве компонента флюса использован доменный шлак, содержащий 40…45 % SiO2; 40…42 % CaO; 10…12 % Al2O3; 8…9 % MgO и 1,5…2 % серы в виде CaS. Показано, что при отсутствии CaS во флюсе в процессе ЭШП происходит десульфурация металла, причем по мере наплавления слитка степень десульфурации уменьшается. Однако переплав под флюсами, содержащими от 1 до 5 % СаS, приводит к переходу серы из шлака в металл, при этом повышается содержание кремния (на 0,1…0,2 %) и алюминия (на 0,001…0,002 %) в металле, а в шлаке снижается количество CaS и увеличивается - CaO. Установлено, что в результате перехода серы флюса в наплавленный металл, распределение её по высоте слитка неоднородно. Содержание серы в нижней части слитка выше, чем в верхней части. В связи с этим, перед использованием доменного шлака в качестве компонента флюса ЭШП требуется подвергнуть его предварительной десульфурации.
Бесплатно
Термодинамический анализ распределения элементов между металлическим и шлаковым расплавами
Статья обзорная
Бесплатно
Термодинамический анализ рафинирования расплава железа от цинка
Краткое сообщение
Расчетным методом термодинамического анализа оценивается возможность удаления цинка из расплава железа при переплаве оцинкованного стального лома.
Бесплатно
Термодинамический анализ реакции водяного газа
Статья научная
Возможные равновесные концентрации водяного газа и концентрации газа, полученного нагреванием смесей Н 2 - СО 2 и Н 2О - СО разных составов, представлены номограммами. Номограммы позволяют определить кислородный потенциал газовой фазы и условия восстановления оксидов металлов.
Бесплатно
Статья научная
Выполнен термодинамический анализ процессов взаимодействия бора, растворенного в жидкой стали, с компонентами металлического расплава: кислородом, алюминием, кальцием, магнием и углеродом. В работе, опираясь на результаты расчетов линий ликвидус для двойных диаграмм и поверхностей ликвидус для тройных оксидных диаграмм состояний с B 2O 3, разработана методика построения поверхностей растворимости компонентов в жидкой борсодержащей стали. Установлено, что марганец и кремний не способны блокировать окисление вводимого в сталь бора. В этом случае в основном бор при взаимодействии с кислородом, марганцем и кремнием образует жидкие оксидные (шлаковые) неметаллические включения. Кальций также не является эффективным защитником. Алюминий и магнийсодержащие лигатуры способны предотвратить окисление введенного в сталь бора и таким образом позволить стабилизировать технологию получения сталей, модифицированных бором. При тысячных долях процентов алюминия и магния исключается возможность взаимодействия растворенного в стали бора с оставшимся в стали кислородом. Для того чтобы сохранить в стали достаточное количество «эффективного бора», необходимо также разработать и эффективную систему деазотации стали за счет введения нитридообразующих элементов и вакуумирования.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы H2 - O2 - C
Статья научная
В гетерогенной смеси «Н2 - О2 - С» при повышенных температурах в результате протекания реакций окисления, ре акции водяного газа и двух реакций газификации углерода об разуется газовая смесь (H2 - H2O - CO - CO2). В работе выполнен термодинамический анализ возможных процессов, протекающих при температурах 700-1500 К в системе «Н2 - О2 - С». Определены равновесные параметры получающихся газовых композиций - их состав и окислительно-восстановительнные свойства. В любой газовой смеси, содержащей H2O и (или) CO2, весьма низкую концентрацию кислорода, образующегося в результате диссоциации H2O и CO2, принято определять величиной атм). При заданном общем давлении эта величина рассчитывается по составу газовой смеси и справочной информации по реакциям диссоциации H2O или CO2. Результаты выполненного анализа представляются двумя номограммами. Такие номограммы, во-первых, являются наглядным, альтернативным табличному, способом представления весьма обширной информации по свойствам сложных газовых атмосфер. Во-вторых, с использованием номограмм и справочной информации по упругостям диссоциации оксидов металлов можно оценить параметры восстановления этих оксидов. В бинарных газовых смесях (CO - CO2) и в водяном газе (H2 - H2O - CO - CO2) при определенных сочетаниях состава и температуры возможно образование сажистого углерода. Этим объясняется существование ограничений при температурах ниже ~ 1100 К в получении водяного газа с любыми концентрациями компонентов. Возможны различные по технологической и экономической целесообразности способы получения газовых смесей. В частности, при нагревании паров воды в контакте с избытком углерода до ~ 1100 К получается практически чистая эквимолярная смесь (H2 - CO) с высоким восстановительным потенциалом. Введение в эту систему водорода позволяет получить газовые смеси с чрезвычайно низким давлением кислорода, и это делает термодинамически возможным восстановление оксида любого металла. Проанализирована целесообразность представления полученной информации трехмерной диаграммой, построенной на концентрационном треугольнике «Н2 - О2 - С». Учет реакций образования метана приводит к заметным изменениям равновесных параметров газовых смесей лишь при температурах ниже примерно 900 К.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы железо-сера
Статья научная
Проведен термодинамический анализ, рассчитан комплекс равновесных фаз и построена диаграмма состояния системы Fe-S.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы железо-хромазот
Статья научная
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический анализ трехкомпонентной системы железо-хром-азот. Результаты расчета равновесных состояний системы представлены в виде изотермических сечений и фазовых диаграмм. Рассчитаны и построены политермические разрезы с постоянным значением концентрации хрома и активности азота в сплаве.
Бесплатно
Термодинамический анализ системы хром-никель-азот
Статья научная
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический анализ трехкомпонентной системы хром-никель-азот. Результаты расчета равновесных состояний системы представлены в виде изотермических сечений и фазовых диаграмм. Рассчитаны и построены политермические разрезы фазовых диаграмм с постоянным значением концентрации хрома и активности азота в сплаве.
Бесплатно
Термодинамический анализ условий образования карбида кремния в сложных металлических расплавах
Статья научная
Системы вида Mе-Si-C, включающие металлический расплав, являются основой перспективной методики выращивания монокристаллов карбида кремния. Потребности развития такого рода технологий диктуют необходимость поиска составов металла с относительно низкими температурами плавления, которые при этом сохраняли бы способность растворять кремний и углерод в существенных количествах. Усложнение составов металлического расплава на основе элементов подгруппы железа позволяет достигать требуемого эффекта. Для поиска новых составов относительно легкоплавких металлических расплавов - катализаторов роста кристаллов карбида кремния - целесообразно использование проекций поверхностей ликвидуса систем Fе-(…)-Si-C. Целью настоящей работы стало проведение термодинамического моделирования систем вида Fе-(…)-Si-C для определения возможностей понижения температуры металлического расплава, равновесного с карбидом кремния. Для термодинамического моделирования использован блок Phase Diagram программного пакета FactSage (версия 6.4) производства Thermfact (Канада) и GTT Technologies (Германия). В ходе настоящей работы рассчитаны координаты поверхностей ликвидуса для систем Fe-Ni-Si-C, Fe-Co-Si-C, Fe-Mn-Si-C и Fe-Ni-Co-Mn-Si-C. Представленные в форме поверхностей ликвидуса фазовые диаграммы позволяют не только определить состав металла с минимальной температурой плавления, но и наглядно представить диапазоны концентраций и температур, для которых равновесным продуктом взаимодействия компонентов металла будет являться SiC. Это особенно полезно с точки зрения выбора режима процесса выращивания кристаллов карбида кремния.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены термодинамические особенности процессов взаимодействия кислорода, хрома, марганца, углерода и циркония в жидком железе. Рассчитана диаграмма состояния Cr 2O 3-MnO-ZrO 2 и подобраны параметры субрегулярной теории для жидких и твердых растворов на основе оксида циркония. Построены поверхности растворимости кислорода в жидком металле системы Fe-Cr-Mn-Zr-O-C. Изучено влияние температуры на раскислительную способность марганца и циркония в жидкой хромсодержащей стали. Результаты работы могут быть использованы при разработке технологии рафинирования стали сплавами и лигатурами, содержащими цирконий.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построены поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ) для систем Ni-Al-C-O и Ni-Ca-C-O. Разработанные ПРКМ могут быть использованы для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием кислорода, углерода, кальция и алюминия в жидком никеле.
Бесплатно
Термодинамический стимул мартенситного превращения в сплавах Fe-C
Статья научная
Мартенситное превращение лежит в основе важного для практики явления закалки сталей. Для образования мартенситных кристаллов необходимо дополнительное расходование свободной энергии -фазы на упругую и пластическую деформации, а также поверхностную энергию мартенситных пластин. Её источником является разность свободных энергий исходной и конечной фазы, называемая движущей силой, или термодинамическим стимулом мартенситного превращения. Цель настоящей статьи состоит в исследовании термодинамического стимула мартенситного превращения как функции содержания углерода в стали на основе термодинамического анализа. На основе статистических теорий растворов внедрения, современных термодинамических данных о свободной энергии феррита и аустенита, а также теории мартенситного превращения Зинера - Хачатуряна рассчитано изменение свободной энергии при образовании мартенсита в сплавах Fe-С различного состава. Это позволило оценить термодинамические стимулы мартенситного превращения и определить их концентрационную зависимость. Показано, что указанная зависимость не является монотонной, а обладает выраженным пиком в районе 3 ат. %. Стимул образования мартенсита увеличивается с ростом содержания углерода до 3 ат. % (0,66 мас.%), а затем начинает заметно уменьшаться. Предположительно это связано с началом образования тетрагональной решетки мартенсита.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Термодинамическое моделирование диаграммы состояния системы FeO-BaO-Al2O3
Статья научная
Щелочноземельные металлы (ЩЗМ) в последнее время становятся все более востребованными при производстве сталей и сплавов и являются частью большинства композиций для рафинирования и модифицирования. В связи с этим возрастает необходимость построения диаграмм состояния оксидных (шлаковых) систем, включающих в качестве компонентов оксиды ЩЗМ, в частности BaO. Эти сведения необходимы как для анализа состава образующихся неметаллических включений, так и для понимания влияния концентрации оксидов ЩЗМ на температуру плавления шлака. Как известно, термодинамическое моделирование является ключевым инструментом для выбора оптимального направления проводимых исследований в области металлургических технологий, поэтому расчет фазовых диаграмм оксидных систем как части многокомпонентного шлакового расплава является важной задачей для исследователей. Особенно это актуально для систем, содержащих BaO в качестве компонента, так как имеющиеся в литературе данные ограничиваются практически только диаграммами состояния двойных систем. В настоящей работе была построена поверхность ликвидус фазовой диаграммы системы FeO-BaO-Al2O3. Для термодинамического моделирования использовали теорию субрегулярных ионных растворов, энергетические параметры которой были подобраны в ходе настоящего расчета. Также нами были оценены температуры, энтальпии и энтропии образования алюминатов бария Ba3Al2O6, BaAl2O4, BaAl12O19 из компонентов оксидного расплава. Эти значения для Ba3Al2O6 оказались равны 1604 °С, 159 410 Дж/моль, 16,215 Дж/(моль∙К); для BaAl2O4 - 1814 °С, 101 424 Дж/моль, 7,332 Дж/(моль∙К); для BaAl12O19 - 1911 °С, 613 406 Дж/моль, 201,201 Дж/(моль∙К) соответственно. Полученные сведения были сравнены с имеющимися немногочисленными литературными данными.
Бесплатно
Термодинамическое моделирование поверхности ликвидус диаграммы состояния системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2
Статья научная
Проведен расчёт линий ликвидус диаграмм состояния бинарных систем Cu 2O-Al 2O 3, Cu 2O-ZrO 2 и Al 2O 3-ZrO 2, а также расчёт поверхности ликвидус диаграммы состояния тройной системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2. В процессе термодинамического моделирования перечисленных систем было использовано приближение теории субрегулярных ионных растворов. В ходе моделирования были подобраны значения модельных параметров Q, уточнены термодинамические характеристики (температура плавления, теплота и энтропия плавления) соединения CuAlO 2, а также значения констант процессов перехода Cu 2O, Al 2O 3, ZrO 2 и CuAlO 2 из твердого состояния в жидкое. Помимо построения диаграмм состояния, в ходе настоящей работы были рассчитаны активности компонентов расплавов систем Cu 2O-Al 2O 3 и Cu 2O-ZrO 2 для условий, при которых существует оксидный расплав. В рассмотренных интервалах активности характеризуются отрицательными отклонениями от закона Рауля. Полученные в результате расчёта значения активности оксида алюминия хорошо совпадают с литературными экспериментальными данными. Построение поверхности ликвидус для тройной системы Cu 2O-Al 2O 3-ZrO 2 позволило определить координаты точек нонвариантных превращений, реализующихся в системе. Результаты термодинамического моделирования показывают, что в тройной системе реализуется равновесие «оксидный расплав - чистый твердый оксид меди - чистый твердый оксид алюминия», которое нехарактерно для бинарной системы Cu 2O-Al 2O 3. Результаты работы могут быть использованы в ходе анализа производства циркониевых бронз, а также для анализа поведения шлаков индустрии меди и сплавов на ее основе в ходе взаимодействия таких шлаков с футеровкой печей.
Бесплатно
