Методика дослідження зародження кристалів у розплавах краплинним методом

А.С. Нурадинов; І.Р. Баранов; C.В. Пригунов; І.А.  Нурадінов; О.В. Чистяков

doi:10.15407/mom2024.02.027

Автор(и)

А.С. Нурадинов Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-7286-8648
І.Р. Баранов Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-5692-5297
C.В. Пригунов Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-8916-5247
І.А. Нурадінов Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-8916-5247
О.В. Чистяков Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-7119-3562

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2024.02.027

Ключові слова:

модельне середовище, краплинний метод, зародження кристалів, кінетика кристалізації

Анотація

Метою цієї роботи є розробка науково-обґрунтованих способів впливу на процес зародження центрів кристалізації в розплавах металів для управління формуванням литої структури та властивостей заготовок з них на першому етапі виробництва металопродукції (на стадії лиття). На прозорих модельних середовищах (парафін та салол) крапельним методом вивчено можливість управління зародженням кристалів у їх розплавах та встановлена залежність кінетики кристалізації крапель дисперсністю у межах 100÷200 мкм від температури їх перегріву, тривалості витримки у перегрітому стані та ступеня переохолодження.
Фізичне моделювання на прозорих середовищах дозволило за допомогою цифрової камери, встановленої на мікроскопі, виводити зображення на екран ноутбука і в режимі реального часу спостерігати зародження і зростання кристалів, визначати тривалість тверднення всіх крапель, що спостерігаються залежно від умов експерименту. Критеріями оцінки процесу кристалізації досліджуваних середовищ були криві кінетики кристалізації крапель з їх розплавів. Характер зміни кривих кінетики кристалізації дослідних середовищ, на наш погляд, підтверджує припущення про вирішальну роль домішок у процесах кристалізації будь-яких сплавів. Логічним підтвердженням гіпотези про вирішальну роль домішок у процесах кристалізації з тих же позицій гетерогенного зародкаутворення є залежність кількості затверділих крапель дослідних середовищ однакового діаметру від ступеня та тривалості їх перегріву. Ймовірно, що при більшому перегріві розплаву (або тривалішій витримці при цьому перегріві) відбувається часткова дезактивація (розчинення) присутніх домішок і для однакового переохолодження змінюється кількість крапель, що тверднуть.
Аналіз отриманих результатів свідчить про гетерогенний механізм зародження кристалів навіть у краплях мікроскопічних розмірів (~100 мкм). Розроблений метод вивчення процесів зародження та зростання кристалів у модельних сплавах залежно від їх маси (розміру) може бути застосований у реальних умовах масової кристалізації.

Посилання

Ovsienko D.E. Zarozhdeniye i rost kristallov iz rasplava (Nucleation and growth of crystals from melt), K.: Naukova Dumka, 1994. – 256 p. [in Russian].

Mezhidov V.Kh., Zhurnal fizicheskoy khimii, 1981, No. 2, pp. 378-382. [in Russian].

Mezhidov V. Kh., Abramov O.V., Akaev A.A., Sb. Fizika mezhfaznih yavlenij, Nalchik, 1980, pp. 144-149. [in Russian].

Nuradinov A.S., Nakhaev M.R. Protsessy kristallizatsii i formirovaniya struktury litykh zagotovok (Processes of crystallization and formation of the structure of cast billets), Grozny: FGBOU VO CHGU, 2020, 170 pp. [in Russian].

Dymnych A. Kh., Korniets I.V. Osnovy teorii podobiya i fizicheskogo modelirovaniya (Basics of similarity theory and physical modeling) Kyiv: Nash format, 2016, 172 p. [in Russian].

Eronko S.P., Bukovskih S.V. Fizicheskoye modelirovaniye protsessov vnepechnoy obrabotki i razlivki stali (Physical modeling of out-of-furnace processing and steel casting processes), Kyiv: Tehnika, 1998. – 136 p. [in Russian].

Skvorcov A.A., Akimenko A.D., Ulianov V.A. Vliyaniye vneshnikh vozdeystviy na protsess formirovaniya slitkov i zagotovo (Influence of external influences on the process of formation of ingots and billets), M.: Metalurgiya, 1991, 216 p. [in Russian].

Eldarkhanov A.S., Efimov V.A., Nuradinov A.S. Protsessy formirovaniya otlivok i ikh modelirovaniye (Casting formation processes and their modeling), M.: Mashinostroeniye, 2001, 208 p. [in Russian].