Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия
Методом лежащей капли изучено влияние магния и лантана на поверхностную энергию (σжг) и плотность (ρжг) расплавов системы Zr-Cu-Ni-Al. Представлены температурные зависимости σ(жг) и ρ(жг) сплавов Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Установлена взаимосвязь поверхностной энергии с переохлаждением расплава на основ...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114661 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С. Шумихин, П.А. Верховлюк, Ю.Н. Левченко // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114661 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Верховлюк, А.М. Беспалый, А.А. Шумихин, В.С. Верховлюк, П.А. Левченко, Ю.Н. 2017-03-11T15:48:31Z 2017-03-11T15:48:31Z 2011 Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С. Шумихин, П.А. Верховлюк, Ю.Н. Левченко // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114661 669-154.4:546.831:546.621 Методом лежащей капли изучено влияние магния и лантана на поверхностную энергию (σжг) и плотность (ρжг) расплавов системы Zr-Cu-Ni-Al. Представлены температурные зависимости σ(жг) и ρ(жг) сплавов Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Установлена взаимосвязь поверхностной энергии с переохлаждением расплава на основе циркония, содержащим различное количество магния при перегреве над линией ликвидуса на 25 К. Методом лежачої краплі вивчено вплив магнію та лантану на поверхневу енергію (σжг) і густину (ρжг) розплавів системи Zr-Cu-NiAl. Представлено температурні залежності σ(жг) та ρ(жг) сплавів Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Встановлено взаємозв’язок поверхневої енергії з переохолодженням розплавів на основі цирконію, які містили різну кількість магнію і були перегріті над лінією ліквідуса на 25 К. Influence of magnesium and lanthanum on superficial energy (σl-g) and density (ρl-g) off Zr-Cu-Ni-Al melts were studied by the sessile drop method. Temperature dependences of σ(l-g) and ρ(l-g) for alloys Al-Ni-Y, Al-Ni-La is presented. Intercommunication between superficial energy and supercooling of Zr-Cu-Ni-Al melt with different content of Mg is set (T = Tl + 25 K). ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| spellingShingle |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия Верховлюк, А.М. Беспалый, А.А. Шумихин, В.С. Верховлюк, П.А. Левченко, Ю.Н. Новые литые материалы |
| title_short |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| title_full |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| title_fullStr |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| title_full_unstemmed |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| title_sort |
влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия |
| author |
Верховлюк, А.М. Беспалый, А.А. Шумихин, В.С. Верховлюк, П.А. Левченко, Ю.Н. |
| author_facet |
Верховлюк, А.М. Беспалый, А.А. Шумихин, В.С. Верховлюк, П.А. Левченко, Ю.Н. |
| topic |
Новые литые материалы |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Методом лежащей капли изучено влияние магния и лантана на поверхностную энергию (σжг)
и плотность (ρжг) расплавов системы Zr-Cu-Ni-Al. Представлены температурные зависимости σ(жг) и ρ(жг) сплавов Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Установлена взаимосвязь поверхностной энергии с
переохлаждением расплава на основе циркония, содержащим различное количество магния
при перегреве над линией ликвидуса на 25 К.
Методом лежачої краплі вивчено вплив магнію та лантану на поверхневу енергію (σжг) і густину (ρжг) розплавів системи Zr-Cu-NiAl. Представлено температурні залежності σ(жг) та ρ(жг)
сплавів Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Встановлено взаємозв’язок поверхневої енергії з переохолодженням
розплавів на основі цирконію, які містили різну кількість магнію і були перегріті над лінією
ліквідуса на 25 К.
Influence of magnesium and lanthanum on superficial energy (σl-g) and density (ρl-g) off Zr-Cu-Ni-Al
melts were studied by the sessile drop method. Temperature dependences of σ(l-g) and ρ(l-g) for alloys
Al-Ni-Y, Al-Ni-La is presented. Intercommunication between superficial energy and supercooling
of Zr-Cu-Ni-Al melt with different content of Mg is set (T = Tl + 25 K).
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114661 |
| citation_txt |
Влияние магния и лантана на межфазные свойства и переохлаждение расплавов на основе циркония и алюминия / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С. Шумихин, П.А. Верховлюк, Ю.Н. Левченко // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT verhovlûkam vliâniemagniâilantananamežfaznyesvoistvaipereohlaždenierasplavovnaosnovecirkoniâialûminiâ AT bespalyiaa vliâniemagniâilantananamežfaznyesvoistvaipereohlaždenierasplavovnaosnovecirkoniâialûminiâ AT šumihinvs vliâniemagniâilantananamežfaznyesvoistvaipereohlaždenierasplavovnaosnovecirkoniâialûminiâ AT verhovlûkpa vliâniemagniâilantananamežfaznyesvoistvaipereohlaždenierasplavovnaosnovecirkoniâialûminiâ AT levčenkoûn vliâniemagniâilantananamežfaznyesvoistvaipereohlaždenierasplavovnaosnovecirkoniâialûminiâ |
| first_indexed |
2025-11-25T20:29:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:29:34Z |
| _version_ |
1850523621394481152 |
| fulltext |
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87)
Новые литые материалы
УДК 669-154.4:546.831:546.621
А. М. Верховлюк, А. А. Беспалый, В. С. Шумихин,
п. А. Верховлюк, Ю. Н. Левченко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ВЛИяНИЕ МАгНИя И ЛАНТАНА НА МЕЖфАзНЫЕ
СВОйСТВА И пЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ РАСпЛАВОВ
НА ОСНОВЕ цИРКОНИя И АЛЮМИНИя
Методом лежащей капли изучено влияние магния и лантана на поверхностную энергию (σжг)
и плотность (ρжг) расплавов системы Zr-Cu-Ni-Al. Представлены температурные зависимо-
сти σжг
и ρжг сплавов Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Установлена взаимосвязь поверхностной энергии с
переохлаждением расплава на основе циркония, содержащим различное количество магния
при перегреве над линией ликвидуса на 25 К.
Ключевые слова: поверхностная энергия, плотность, магний, лантан, цирконий.
Методом лежачої краплі вивчено вплив магнію та лантану на поверхневу енергію (σжг) і гу-
стину (ρжг) розплавів системи Zr-Cu-NiAl. Представлено температурні залежності σжг
та ρжг
сплавів Al-Ni-Y, Al-Ni-La. Встановлено взаємозв’язок поверхневої енергії з переохолодженням
розплавів на основі цирконію, які містили різну кількість магнію і були перегріті над лінією
ліквідуса на 25 К.
Ключові слова: поверхнева енергия, густина, магній, лантан, цирконій.
Influence of magnesium and lanthanum on superficial energy (σl-g) and density (ρl-g) off Zr-Cu-Ni-Al
melts were studied by the sessile drop method. Temperature dependences of σl-g and ρl-g
for alloys
Al-Ni-Y, Al-Ni-La is presented. Intercommunication between superficial energy and supercooling
of Zr-Cu-Ni-Al melt with different content of Mg is set (T = Tl
+ 25 K).
Keywords: superficial energy, density, magnesium, lanthanum, zirconium.
Физико-химические свойства сплавов систем Zr-Cu-Ni-Al и Al-Ni-Ln (Ln-
лантаноиды), которые объемно аморфизуются, в жидком состоянии систе-
матически не изучались. Многокомпонентные расплавы такого типа, в основном
эвтектического состава, имеют сравнительно низкие температуры плавления и
характеризуются сильным межчастичным взаимодействием. В них на фоне пред-
почтительного действия металлических связей достаточно существенными явля-
ются локализованные связи. Такое взаимодействие компонентов влияет на свой-
ства расплавов, а именно на межфазную энергию (σжг), плотность (ρжг), вязкость
(η), переохлаждение (∆Т) и т. д. Обычно величина переохлаждения для немоди-
фицированных цветных металлов и сплавов составляет 7-10 К. Как правило, при
модифицировании в расплаве появляется большое количество центров кристал-
лизации, в результате чего выделяется теплота кристаллизации и поэтому пере-
охлаждение почти исчезает. Дальнейший рост центров кристаллизации зависит
от характера влияния примесей либо физических воздействий на состояние меж-
фазной границы кристалл-расплав [1]. Растворимые и нерастворимые примеси в
основном оказывают тормозящее действие на рост кристаллов, при этом меха-
низм торможения роста зависит от природы добавки и механизма их модифици-
рующего действия. Поэтому рост кристалла, который блокируется поверхностно-
активными элементами, может происходить у вершин и выступов его ветвей, где
режим питания чистой жидкостью более благоприятен. Например, модифициро-
вание силуминов металлами первой группы (натрий, калий и другие) приводит к
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87) 59
Новые литые материалы
снижению межфазной энергии и образованию зародышей за счет их адсорбции
на межфазной границе твердое тело-жидкость, что в конечном итоге затрудняет
диффузию и тормозит рост кристаллов кремния. Уменьшение этих характеристик
должно снизить переохлаждение. Заметное увеличение ∆Т при модифицирова-
нии данными добавками связывают с изменением структуры расплава, а именно
вязкости, которая лимитирует диффузию атомов кристаллизующегося вещества и
снижает скорость роста кристаллов кремния.
Авторы работы [2] показали, что скандий, титан и цирконий также снижают σжг
и соответственно уменьшают область метастабильного состояния расплавов на
основе алюминия. Добавки в расплав скандия или титана до 0,5 и 1,0 % приводят к
незначительному уменьшению переохлаждения и увеличению межфазной энер-
гии.
Например, добавки 0,2 % Sc уменьшают область метастабильности на 7 К;
0,5 % Ti − на 8 К, а 0,5 % Zr − на 10,5 К. При достижении предела растворимости
элемента-модификатора в расплаве наблюдается увеличение переохлаждения.
Это, вероятно, связано с ростом энергии активации процесса диффузии основного
элемента к поверхности зародыша, который частично блокируется модификато-
ром. Чем больше таких центров, тем при меньшем переохлаждении начинается
процесс кристаллизации, а значит, область метастабильности уменьшается. Ана-
логичные результаты представлены в работах [3-5], где изучали влияние церия на
межфазную энергию и переохлаждение жидких железа и алюминиевых сплавов Д16,
АМГ6. По данным работы [4], добавка 0,1 % Ce или 0,1 % La в железо уменьшает σжг
и ∆Т, тогда как увеличение концентрации мишметалла вплоть до 2,0 % в расплавах
Д16 и АМГ6 способствует увеличению поверхностной энергии.
Таким образом, правильный выбор режимов подготовки расплавов и методов
их рафинирования может быть выполнен на основе изучения таких структурно-
чувствительных свойств, как плотность, межфазная энергия и их связь с переохлаж-
дением.
В данной работе была сделана попытка установить влияние рафинирования на
плотность, межфазную энергию и связь этих характеристик с переохлаждением
расплавов на основе алюминия и циркония.
Исследование влияния магния и лантана на плотность и межфазные свойства
расплава Zr
65
Cu
17,5
Ni
10
Al
7,5
, а также температуры на эти характеристики расплавов
Al
86
Ni
6
Y
8
и Al
86
Ni
6
La
8
проводили методом лежащей капли на автоматизированной
установке [6-9]. Расплавы на основе алюминия изучали в вакууме (Р = 10-2 Па), а на
основе циркония − в атмосфере
гелия высокой чистоты. Значе-
ние переохлаждения для данных
систем определяли методом
диференциально-термического
анализа с точностью ± 2 К.
На рис. 1, 2 представлены дан-
ные по влиянию магния и лантана
на межфазную энергию и плот-
ность расплава Zr65Cu17,5Ni10Al7,5
при температуре (Тл + 25) К. Как
и следовало ожидать, увеличение
их концентраций привело к умень-
шению межфазной энергии. Это
связано с тем, что магний и лан-
тан проявляют поверхностную
активность по отношению к рас-
плавам на основе циркония (σжг
для магния и лантана составляет
577,
728 мДж/м2 соответственно
• - плотность,° - межфазная энергия
Рис. 1. Влияние магния на плотность и межфазную
энергию расплава Zr
65
Cu
17
,5Ni
10
Al
7,5
(T = 1136 K)
60 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87)
Новые литые материалы
[10]) и, кроме того, эти элементы
легко растворяются в расплаве, и,
вероятно, изменяют существующий
порядок взаимодействия атомов в
системе. Данные изменения проис-
ходят за счет образования микроско-
пических областей с другой структу-
рой и блокирования возникновения
новых центров кристаллизации. При
этом плотность почти не изменяется
и равна 5,75 г/см3.
Исследования межфазных свойств
расплавов Al
86
Ni
6
Y
8
и Al
86
Ni
6
La
8
показа-
ли, что для получения этих систем
в аморфном состоянии их необхо-
димо предварительно существенно
перегревать. Это подтверждают
данные, которые представлены на
рис. 3. Видно, что для обеих систем
наблюдается постепенное уменьше-
ние межфазной энергии с увеличением
температуры перегрева. Оптимальная
температура перегрева над темпера-
турой плавления данных расплавов со-
ставляет 200±10 К. При таком перегреве
переохлаждение для сплава Al86Ni6Y8 со-
ставляет
около 3 К, а для Al86Ni6La8
− 15 К.
Аналогичные результаты получены и при
температуре перегрева 550 К.
Низкие значения σ
жг
расплавов повы-
шают их жидкотекучесть и способствуют
более легкому их диспергированию при
охлаждении. Представленные результа-
ты подтверждаются предварительными
исследованиями [7, 9], где показано, что
симметричная капля расплава Al86Ni6Y8
образуется в интервале температур от
1423 до 1473 К. В соответствии с тройной
диаграммой состояния Al-Ni-Y [12] и экс-
периментами, которые были выполнены
методом диференциально-термического
анализа, температура плавления для
данного сплава составляет 913 К. При
этой температуре фазовый переход фик-
сируется, но жидкий металл находится
в оксидном каркасе. Высокая прочность
поверхностной пленки и наличие интер-
металлидов на межфазных границах не
позволяют качественно провести ис-
следования при температурах, близких к
температурам плавления. В связи с этим
сплавы на основе алюминия исследовали
с высоким перегревом.
• − плотность, ο − межфазная энергия
Рис. 2. Влияние лантана на плоскость и межфазную
энергию расплава Zr
65
Cu
17
,
5
Ni
10
Al
7,5
(T = 1136 K)
ρ
жг
,
г/см3
σ
жг
,
мДж/м2
La, %, мас. доля
° – экспериментальные величины;
• – теоретически рассчитанные данные
Рис. 3. Изменение температуры межфаз-
ной энергии расплавов на основе алюми-
ния (Р = 10-2 Па) от температуры
σ
жг
,
мДжг/м2
σ
жг
,
мДжг/м2
Al
86
Ni
6
La
8
Al
86
Ni
6
Y
8
T, K
T, K
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87) 61
Новые литые материалы
На рис. 4 показано влияние
переохлаждения ∆Т на величину
межфазной энергии σжг
на 25 К.
Видно, что с увеличением концен-
трации добавки и переохлаждения
межфазная энергия уменьшается.
Известно, что ∆Т существенно
зависит от структуры расплава
и, как следствие, его перегрева.
Касательно эвтектических систем
при незначительном перегреве
над линией ликвидуса (20-40 К)
на температурных зависимостях
σжг
не обнаружены какие-либо
отклонения от линейности [11].
Из теории Гиббса следует, что
при гомогенной кристаллизации
в результате фазового пере-
хода первого рода происходит
уменьшение межфазной энергии
и увеличение переохлаждения,
что, по-видимому, препятствует
образованию зародышей кристаллизации и уменьшению их размера.
Таким образом, представленные результаты по влиянию магния на межфазную
энергию и переохлаждение показали, что сравнительно легко должен аморфизо-
ваться расплав Zr65Cu17,5Ni10Al7,5,
содержащий 1,38 % Mg. Полученные результаты
были подтверждены технологическими экспериментами по получению объемно-
аморфизованных образцов методом вакуумного всасывания.
1. Современная кристаллография / А. А. Чернов, Е. И. Гиваргизов, Х. С. Багдасаров и др.
− М.: Наука, 1980. − Т. 3. − 407 с.
2. Низкочастотная кавитационная обработка алюминиевых расплавов / Н. А. Ватолин,
Э. А. Попова, Э. А Пастухов и др. // Высокотемпературные расплавы. − 1995. − № 1.
− С. 14-20.
3. Крещановский Н. С., Сидоренко М. Ф. Модифицирование стали. − М.: Металлургия,
1970. − 296 с.
4. Браун М. Н., Скок Ю. Я. Влияние редкоземельных металлов на кристаллизацию стали
// Литейн. пр-во. − 1966. − № 12. − С. 108-113.
5. Влияние малих добавок цериевого мишметалла на поверхностное натяжение техниче-
ских алюминиевых сплавов Д16 и АМГ6 / В. В. Торокин, С. А. Бибанаева, В. Г. Шевченко,
В. И. Кононенко // Расплавы. − 2008. − № 2. − С. 81-84.
6. Межфазное взаимодействие монокристаллов ниобия и железа с легкоплавкими метал-
лами и сплавами / А. М. Верховлюк, А. А. Щерецкий, В. Т. Витусевич и др. // Порошковая
металлургия. − 2003. − № 7-8. − С. 86-91.
7. Межфазное взаимодействие в системе огнеупор-расплав Al
86
Ni
6
Y
8
/ А. М. Верховлюк,
А. А. Беспалый, В. С. Шумихин, П. А. Верховлюк // Наносистемы, наноматериалы, нано-
технологии. − 2008. − Т. 6, вып. 1. − С. 251-256.
8. Миронова Е. В., Затуловский С. С., Верховлюк А. М. Смачивание металлических и неметал-
лических материалов алюминиевым сплавом АЛ 25 // Металлофизика и новейшие техно-
логии. − 2007. − Т. 29, № 10. − С. 1407-1414.
Рис. 4. Изменение межфазной энергии и переохлаж-
дения расплава Zr
65
Cu
17,5
Ni10Al
7,5
от содержания маг-
ния (Т
нагр
= Т
л
+ 25 К)
Mg,%, мас. доля
σ
жг
,
мДж/м2
∆T,
К
62 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87)
Новые литые материалы
9. Верховлюк А. М., Беспалый А. А. Влияние легирующих элементов на смачивание огнеупоров
расплавами на основе циркония и алюминия // Металлы. − 2008. − № 3. − С. 11-17.
10. Keene B. J. Review of data for the surface tension of pure metals // International Materials
Reviews. − 993. − Vol. 38, № 4. − P. 157-191.
11. Силаев А. Ф., Фишман Б. Д. Диспергирование жидких металлов и сплавов. − М.: Метал-
лургия, 1983. − 144 с.
12. Petrow G., Effenberg G. Ternary alloys (allminium-nickel-yttrium) // ASM International. USA.
MSI. VCH. − 2005. − V. 8. − P. 58-61.
Поступила 29.07.2010
УДК 669.162.6
Б. г. гусейнов, М. Б. Бабанлы, ф. С. Исмаилов
Азербайджанский технический университет, Баку
пРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОКАчЕСТВЕННОгО
СИНТЕТИчЕСКОгО чУгУНА ВзАМЕН чУгУНА «НИРЕзИСТ»
Рассмотрена возможность применения синтетического чугуна взамен чугуна «нирезист» при
изготовлении деталей погружных насосов для откачки пластовой жидкости из нефтяных сква-
жин. Показано соответствие синтетического чугуна с высокой плотностью всем требованиям,
предъявляемым к «нирезисту». Установлено, что срок службы изделий из синтетического
чугуна больше, чем из «нирезиста». Результаты исследования внедрены в производство.
Ключовые слова: синтетический чугун, «нирезист», погружные насосы, пластовая жид-
кость.
Розглянуто можливість застосування синтетичного чавуну замість чавуна „нірезист” при
виготовленні деталей занурених насосів для відкачування пластової рідини із нафтових сверд-
ловин. Показано відповідність синтетичного чавуна з високою густиною всім вимогам, які
пред'являють до «нірезисту». Встановлено, що строк виробів з синтетичного чавуну більший,
ніж «нірезиста». Результати дослідження впроваджено у виробництво.
Ключові слова: синтетичний чавун, чавун „нірезист”, занурені насоси, пластова рідина.
The possibilities of synthetic iron instead of cast iron “nirezist”, which is used for production in oil
pumps for pumping out formation fluid from oil wells. It is noted that the synthetic iron with a high
density corresponds to a all the pa-rametrs of cast iron – “nirezist”. The service life of synthetic iron
passes the original. Results of the study are introduced into production.
Keywords: synthetic iron, cast iron “nirezist”, oil pumps, formation fluid.
В литейном цехе Бакинского экспериментального производственного предпри-
ятия по производству и ремонту погружных насосов проведены научно-ис-
следовательские работы с целью снижения себестоимости деталей типа «аппарат
направляющий», используемых в насосах, предназначенных для откачки пласто-
вой жидкости из нефтяных скважин.
Согласно существующей технологии, деталь «аппарат направляющий», предна-
значенная для работы в условиях абразивного износа в малоагрессивной среде, отли-
11
12(p)
|