Наномодифицирование железоуглеродистых расплавов

 

внутренняя структура  полученных составных частиц различается  только на субзеренном уровне.

           Механическое легирование позволяет  получить соединения типа металл - металл (даже несмешивающиеся комбинации), металл (сплав)- оксиды, металл (сплав)- неметалл. В результате механического воздействия на смесь увеличивается число контактов между реагентами и площадь контактов. Сдвиговые напряжения, возникающие между частицами, способствуют удалению продукта из приконтактной области и возобновлению непосредственного взаимодействия между реагентами. Выделение тепла в приконтактной области может приводить к контактному плавлению, что в случае металлических систем может интенсифицировать процесс.

          В основе механического легирования лежит явление, представляющее собой повторяющееся расслаивание частиц шихты и их межчастичное сваривание («холодная сварка») вблизи поверхностей сталкивающихся шаров до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное состояние, которое характеризуется максимальным уровнем твердости композиционных частиц и узким диапазоном их распределения по размерам.

         Основной особенностью механического легирования являются высокая энергия, подводимая в мелющем агрегате к частицам порошка. Подвод таких высоких энергий, как правило, не может быть осуществлен в обычных шаровых мельницах. Поэтому для механического легирования сплавов с высокой температурой плавления возникает потребность в высокоэнергонапряженных мельницах типа планетарных. Для успешного проведения процесса необходимо оптимизировать такие параметры, как материал шаров и барабанов, масса и диаметр шаров, отношение массы шаров и порошка, гранулометрический состав исходных порошков, среда размола, режим и время обработки в мелющем агрегате.

         

 

          Механическое легирование применяют для получения широкого спектра многофазных сплавов. Можно привести многочисленные примеры использования порошковой металлургии и механохимического синтеза в металлических системах, когда в результате механического легирования из смеси порошков получены твердые растворы с аномальным содержанием компонентов и интерметаллиды, композиты с металлической матрицей, дисперсно-упрочненные сплавы, жаропрочные суперсплавы:

          1. Механическое сплавление порошков магния с металлами-катализаторами и неорганическими солями может быть использовано для получения материалов, способных обратимо аккумулировать водород в больших количествах при невысоких температурах. Продемонстрирована возможность синтеза новых тройных гидридов при гидрировании механических сплавов из невзаимодействующих между собой металлов (Mg и Fe) или не имеющих гидридобразующих интерметаллических соединений (Mg и Co). Проведение механохимических процессов в атмосфере водорода, так называемое "реакционное механическое сплавление" может приводить к образованию гидридных фаз непосредственно в процессе механохимической обработки. Образовавшиеся таким образом фазы являются метастабильными и обладают свойствами, отличными от свойств гидридов, полученных традиционными способами.

          2. Механическое легирование порошков железа некоторыми редкоземельными элементами и неметаллами позволяет синтезировать соединения (например, Nd2Fe14B), являющиеся основой постоянных магнитов.

 

         

 

          Наноструктурные «ДУО стали»

          В настоящее время разработана уникальная технология изготовления особотонкостенных труб из дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных ферритно-мартенситных сталей на основе методов металлургии распыленных и быстрозакаленных порошков [27].

          Наноструктурные жаропрочные радиационностойкие стали, упрочненные нанодисперсными частицами оксидов – «ДУО стали».

          Научные исследования в области нанотехнологий и наноматериалов являются одними из наиболее значительных достижений современной науки. Эти материалы 21 века все более прочно занимают достойное место в ряду практически используемых разработок. ДУО стали отличаются повышенной жаропрочностью и радиационной стойкостью, обладают высокими механическими свойствами, и пока являются единственным на сегодня классом материалов, который способен обеспечить работу реакторов на новом перспективном виде топлива при высоких выгораниях и высоких температурах эксплуатации. Применение ДУО сталей не ограничивается только атомной промышленностью.

           Процесс получения особотонкостенных труб состоит из нескольких технологических этапов:

1. Получение порошков.
2. Механическое легирование.
3. Дегазация порошков.
4. Горячая экструзия.
5. Обточка заготовок.
6. Холодная прокатка и термообработка.

          На уникальной установке центробежного распыления расплава получают быстрозакаленный порошок матричного материала (ферритно-мартенситной стали). Полученный порошок механически легируют в высокоэнергетическом аттриторе наночастицами оксидов, например оксидом иттрия.

          Механически легированный порошок классифицируют с выделением фракции требуемого размера. Далее порошок проходит термическую дегазацию в высоком вакууме. Все дальнейшие операции по получению особотонкостенных труб, а именно: горячая экструзия заготовки в гильзу и холодная прокатка труб с промежуточными термическими обработками проводятся на стандартном прессовом, прокатном и термическом оборудовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

          1 http://www.nanonewsnet.ru. 
          2 http://www.rian.ru/technology.

          3 http://www.aforismo.ru. 
          4 http://www.sciteclibrary.ru. 
          5 http://www.cnews аnalytics.ru. 
          6 http://www.lucent.com/press.

          7 Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. - М.; Л.: Машиностроение, 1966. - 664 с.

          8 Справочник по чугунному литью  / Под ред. Н.Г.Гиршовича. - 3-е изд. перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Лениградское отделение, 1978.-758 с.

          9 Чугун: Справ. Изд. / Под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова. - М.: Металлургия,1991. - 576 с.

          10 http://www.internet news.ru. 
          11 Баландин Г.Ф., Беликов О.А., Гини Э.Ч. и др.Литейное производство в России // Справочник. Инженерный журнал. – 2000. - №6. – С.11-14. – 2000. - №7. – С.22-24.

          12 Золотухин И.В. Новые направления  физического материаловедения: учеб. пособие / И.В. Золотухин, Ю.Е.Калинин, О.З. Стогней .-Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2000. - 360 с.

          13 Крушенко Г.Г., Ямских И.С., Бонченков  А.А., Мишин А.С. Повышение качества  чугунных отливок с помощью  нанопорошков // Металлургия машиностроения. - 2002. - № 2(9). - С.20-21.

          14  http://www.terralab.ru/news.

          15 Давыдов И.В., Подливаев А.И., Опенов  Л.А. Аномальная термическая устойчивость  метастабильного фуллерена С₂₀ // Физика твердого тела - 2005. - т.47.вып.4. - С.751-757.

         16  Давыдов С.В. Расчет критического  радиуса гомогенного зародыша  графита в расплаве чугуна / С.В.  Давыдов // Металлургия машиностроения. – 2002. - № 6(9). – С.5-8.

          17 Давыдов С.В. Давление пара  углерода и строение расплавов чугуна / С.В. Давыдов // Металлургия машиностроения. – 2002. - № 3(6). – С.17-20.

          18 Давыдов С.В. Технология наномодифицирования  доменных и ваграночных чугунов  // Заготовительное производство. - 2005. - №2. -С.3-9.

          19 Домрачев Г.А, Лазарев А.И., Каверин Б.С. и др. Роль углерода и металла в самоорганизации системы железо-углерод при различных содержаниях компонентов// Физика твердого тела - 2004. - т.46.вып.10. - С.1901-1915.

         20 Булина Н.В., Петраковская Э.А., Марачевский А.В. и др. Синтез и исследование железо-фуллереновых кластеров // Физика твердого тела - 2006. - т.48.вып.5. - С.952-954.

          21 Евтеев А.В., Косилов А.Т., Левченко  Е.В., Логачев О.Б. Кинетика изотермической  нуклеации в переохлажденном расплаве железа// Физика твердого тела - 2006. - т.48.вып.5. - С.769-774.

          22 Лозовик Ю.А. Образование и  рост углеродных наноструктур - фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов  // Успехи физических наук / Ю.А.  Лозовик, А.М. Попов.- 1997. - Т.167. - №7. - С. 751-774.

          23 Закирничная М.М. Образование  фуллеренов в углеродистых сталях  и чугунах при кристаллизации  и термических воздействиях: автореф.  дис...докт. техн. наук / М.М. Закирничная. - Уфа: УГНТУ, 2001. - 48 с. 

          24 Глезер А.М. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы // Рос. хим.ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева). - 2002. - т.XLVI. - №5. - С.57-63.

         25 Жуков А.А. Влияние элементов  Vа и VIа подгрупп на термодинамику  чугуна и его склонность к графитизации / А.А. Жуков, И.А. Вашуков, Р.Л.Снежной, В.Д. Абаскалов, С.В. Давыдов // Известия АН СССР. Металлы.- 1991.- № 2.- С.124-128.

          26 http://www.popnano.ru.

          27 http://www. science.compulenta.ru. 
          28  Давыдов С.В. Фуллереновая природа жидкого чугуна – основа технологии наномодифицирования / Труды седьмого съезда литейщиков России / Т1. Общие вопросы. Черные и цветные сплавы: Новосибирск 23-27 мая 2005 г. – Новосибирск: Изд. Дом «Историческое наследие Сибири, -2005. – С.101-108.

         29 Давыдов С.В. Эффективный способ  устранения «наследственности»  в доменных чугунах и чугунах  ваграночной плавки. – Черные  металлы. – 2003. - №6. – С.15-17.