Введение
Глава 1. Строение расплава чугуна и условия его термодинамической стойчивости 13
1.1. Кластерная структура расплавов 13
1.1.1. Развитие представлений о структуре жидких металлов 13
1.1.2. Фрактальные кластеры и физика открытых систем 15
1.1.3. Свойства фрактального кластера 16
1.2. О строении жидкого чугуна 20
1.3. Фуллерены — основа структурирования жидкого чугуна 23
1.3.1. Развитие науки о фуллеренах 23
1.3.2. Роль фуллеренов в железоуглеродистых расплавах 24
1.3.2.1. Структура малых кластеров углерода 24
1.3.2.2. Фуллерены 27
1.3.2.3. Фрактальные структуры углерода 34
1.3.3. Развитие теории субмикрогетерогенного строения жидкого чугуна 37
1.3.4. Химия фуллеренов и оценка влияния поверхностно-активных элементов 40
1.3.5. Фуллерены и теории строения жидкого чугуна 44
1.3.6. О терминологии 45
1.4.Условия термодинамической устойчивости расплава чугуна 47
1.4.1.Давление пара углерода как корреляционная термодинамическая ункция описания состояния железоуглеродистого расплава 47
1.4.2.Общие условия термодинамической устойчивости системы 48
1.5. Оценка состояния системы при искривленных поверхностях раздела 50
1.5.1. Форма гомогенного зародыша 50
1.5.2. Условия термодинамического равновесия при наличии поверхности раздела фаз 54
1.6. Условия равновесия Fe-C-расплавов по давлению пара углерода 56
1.6.1. Подсистема углеродная наночастица — расплав 56
1.6.2. Подсистема расплав - пар 57
1.6.3. Термодинамические условия равновесия в железоуглеродистых расплавах 58 Выводы по лаве 1 60
Глава 2. Давление пара углерода в железоуглеродистых расплавах 63
2.1. Расчет давления пара углерода над жидкими железоуглеродистыми асплавами 63
2.1.1. Термодинамика давления пара углерода 63
2.1.2. Термодинамическая активность и давление пара углерода 64
2.1.3. Расчетный метод определения давления пара углерода ад кристаллическим графитом 65
2.1.4. Расчет некоторых зависимостей на основании давления пара углерода 66
2.1.5. Расчет давления пара углерода в подсистеме глеродная наночастица - расплав 71
2.1.6. Расчет давления пара углерода в подсистеме расплав - пар 72
2.2. Расчет размеров углеродных наночастиц в расплаве чугуна 76
2.2.1. Расчет критического радиуса углеродной наночастицы 76
2.2.1.1. Расчет критического радиуса углеродной наночастицы на основании анных о свободной энергии системы 76
2.2.1.2. Расчет радиуса углеродной наночастицы как критического зародыша рафита через давление пара углерода над насыщенным расплавом угуна. 79
2.2.1.3. Гипотеза о зарождении графита в расплавах чугунов на одложках кристаллов лонсдейлита 82
2.2.1.4. Три механизма зародышеобразования графитной фазы в асплаве чугуна 87
2.3. Расчет равновесных углеродных наночастиц в расплаве чугуна 88
2.3.1. Методика расчета размеров равновесной углеродной наночастицы 88
2.3.2. Графики зависимостей термодинамических и ермокинетических параметров расплава чугуна 91
2.4. Компенсирующие процессы в Fe-C-расплаве при нарушении остояния равновесия по давлению пара углерода 93
2.4.1. Поведение в расплаве чугуна фазы углеродных наночастиц 93
2.4.2. Изменение поверхностного натяжения 94
2.4.3. Влияние поверхностно-активных элементов 95
2.4.4. Термовременная обработка расплава чугуна 96
2.5. Оценка поведения Fe-C-расплавов с учетом давления пара углерода 98
2.5.1. Общее состояние системы 98
2.5.2. О «коллоидной» теории строения расплава чугуна 99
2.5.3. О спели в чугунах 99
2.5.4. Эффект длительности графитизирующего модифицирования 101
2.5.5. Поверхностное натяжение 102
2.5.6. Явление наследственности шихтовых материалов 103
2.5.7. Влияние магния 103
2.5.8. О стабилизации цементита в Fe-C-расплавах под лиянием внешнего давления 104
2.6. Термодинамические условия кластерного образования центров рафитизации в расплаве чугуна 105
2.6.1. Идентификация структурных элементов в расплаве чугуна 105
2.6.2. Уровень давления и температур существования углеродных аночастиц на основе фуллеренов 107
2.6.3. Размеры фуллеренов, кластеров и углеродных наночастиц 112
2.6.4. Расчет действительных размеров углеродных наночастиц в расплаве чугуна на сновании экспериментально определенных диапазонов давления и температуры 113
2.7. Форма углерода в расплаве чугуна и давление пара углерода 119
2.8. Неравновесный фазовый переход и влияние флуктуации на формирование иссипативных структур в жидком чугуне 122
Выводы по главе 2 126
Глава 3. Переохлаждение и поверхностное натяжение Fe-C-расплавов 129
3.1. Обзор влияния поверхностного натяжения 129
3.2. Обзор влияния переохлаждения 130
3.3. Поверхностное натяжение как критерий модифицирования 131
3.4. Переохлаждение на поверхности раздела зародыш - расплав 133
3.4.1. Влияние переохлаждения на зародышеобразование 133
3.4.2. Расчет переохлаждения на границе раздела углеродная аночастица - расплав 135
3.4.3. Графики определения переохлаждения на границе раздела углеродная наночастица - асплав в зависимости от радиуса наночастицы как критического зародыша графита 139
3.4.4. Конституционное переохлаждение 141
3.4.5. Переохлаждение при модифицировании чугуна 142
3.4.6. Расчет температуры расплавления графитного кристалла зависимости от его размеров 144
3.5. Роль поверхностного натяжения в зародышеобразовании 145
3.5.1. Межфазная поверхностная энергия кристаллического графита 150
3.5.2. Оценка влияния различных элементов на равновесие давления пара углерода через оверхностное натяжение и коэффициент диффузии 156
3.5.3. Зависимость поверхностного натяжения на границе раздела углеродная наночастица - асплав от радиуса наночастицы и кристаллографических плоскостей графита 159
Выводы по главе 3 164
Глава 4. Кристаллизация графита в чугуне 167
4.1. Кристаллизация пластинчатого графита 167
4.1.1. Развитие представлений о характере кристаллизации ластинчатого графита 167
4.1.2. Проблемы кристаллизации пластинчатого графита 175
4.2. Кристаллизация шаровидного графита 177
4.2.1. Развитие представлений о характере кристаллизации аровидного графита 177
4.2.2. Основные формы макро-, микро- и наноструктуры шаровидного графита 178
4.3. Некоторые вопросы термодинамики кристаллизации графита 182
4.3.1. Условия термодинамического равновесия кристалл графита - расплав 183
4.3.2. Взаимосвязь химических потенциалов углерода при кристаллизации графита 187
4.3.3. Поверхностное натяжение при кристаллизации графита 188
4.3.4. Термодинамика роста кристалла пластинчатого графита 189
4.3.5. Модель роста пластинчатого графита 192
4.3.6. Механизм роста кристалла шаровидного графита 195
4.3.6.1. Роль магния в формировании шаровидного графита 195
4.3.6.2. О строении графитного глобуля 199
4.3.7. Различные механизмы «компактирования» графитной азы в чугунах и графитизированной стали 203
4.3.8. Модели зародышеобразования графита 205
Выводы по главе 4 207
Глава 5. Термокинетика встречного модифицирования чугуна 209
5.1. Термокинетическое влияние на процессы кристаллизации чугуна лементов Va и Via подгрупп 209
5.2. Эффекты встречного модифицирования 214
5.2.1. Эффект первый 215
5.2.2. Эффект второй 215
5.2.3. Эффект третий 215
5.2.4. Эффект четвертый 216
5.2.5. Эффект пятый. 216
5.3. Технологические схемы встречного модифицирования 217
5.3.1. Последовательный ввод модификаторов по схеме А—>Г 217
5.3.2. Последовательный ввод модификаторов по схеме Г—>А. 217
5.3.3. Одновременный ввод модификаторов по схеме А+Г 217
5.4. Практическое применение встречного модифицирования 218
5.4.1. Модифицирование по схеме А—»Г 218
5.4.2. Модифицирование по схеме Г—»-А 219
5.4.3. Модифицирование по схеме А+Г 220
5.5. Обработка чугунов высокой эвтектичности встречным модифицированием 223
5.6. Обработка ковких чугунов с компактной формой графита стречным модифицированием 225
Выводы по главе 5 228
Глава 6. Экспериментальные исследования 207
6.1. Экспериментальное подтверждение наличия в расплаве чугуна центров ристаллизации графита 229
6.2. Экспериментальные исследования механизма графитообразования 234
6.3. Радиальная структурная составляющая в графитных глобулях сокопрочного чугуна 244
6.4. Исследование изменения строения графитной фазы при изотермической ыдержке чугуна 247
6.5. Исследование и синтез соединения ВігТез 256
6.6. Микроструктура ковких чугунов с компактным графитом повышенной прочности и ластичности 265
6.6.1. Общая характеристика нового типа чугуна 265
6.6.2. Технические и технологические характеристики нового типа чугунов 268
6.6.3. О влиянии серы 269
6.6.4. О влиянии висмута и теллура 271
6.6.5. Формирование графитной фазы в новом типе чугуна 274
6.6.6. Ферритные ковкие чугуны 277
6.6.7. Перлитно-ферритные и перлитные ковкие чугуны 281
6.6.8. Стабильно-половинчатые чугуны, легированные медью, ерой и хромом 283
Выводы по главе 6 288
Глава 7. Промышленные исследования 290
7.1. Изготовление отливок радиаторных ниппелей 290
7.2. Внедрение авторского свидетельства №922154 Способ модифицирования серого чугуна» на ПО «Кургансельмаш» 292
7.3. Изготовление деталей ткацкого оборудования 293
7.4. Изготовление поршневых колец 295
7.5. Безотходная технология в медно-никелевом производстве 297
7.6. Изготовление опорных роликов в конвейерах с подвесной лентой 299
7.7. Внедрение встречного модифицирования ваграночного чугуна при изготовлении рмозных дисков на ОАО «Волгодизельаппарат» 308
7.8. Внедрение технологии встречного модифицирования на АО «Новозыбковский станкостроительный завод» 309
Выводы по главе 7 312
Общие выводы 315
Список литературы 318
Приложения
