Переход стали в критическое состояние нового типа
Предельное состояние равновесия вещества. Прецизионная рентгеновская дифрактометрия. Асимметрия деформации фаз при воздействии сверхсильного магнитного поля. Структура стали в критическом состоянии. Мартенситное превращение при высоких температурах.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.12.2018 |
| Размер файла | 121,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
переход стали в критическое состояние нового типа
С.С. Мищенко - канд. физ.-мат. Наук
М.А Ногаев - канд. физ.-мат. Наук
А.Г. Яхонтов - канд. физ.-мат. наук
Критическое состояние (К.с.) вещества - это предельное состояние равновесия двухфазного вещества, в котором обе фазы становятся тождественными по своим свойствам.
Примером критического состояния является вода при температуре Тс = 617 К и давлении Рс = 218 атм., когда жидкость и пар не различимы по своей атомной структуре и свойствам.
Еще одним примером критического состояния является железо при Тс = 1044 К, когда б и в фазы имеют одинаковую атомную структуру (ОЦК)-решетку, а различаются в обычных состояниях электронной структурой (б - ферро, в - парамагнетик). В критическом состоянии железо в микрообъеме - ферромагнетик, а в макро - парамагнетик [1]. В настоящее время известны сотни кристаллических веществ в критическом состоянии и их фазы в обычных условиях имеют одинаковую атомную структуру.
В 2000 г. нами было открыто явление перехода стали 52Ч2Н25 в критическое состояние нового типа - аустенитно-мартенситное под действием сверхсильного магнитного поля (СМП) напряженностью Hc = 80 МА/м =1 МЭ при температуре Тс=670 К [4].
В 1961 г. академик В.Д. Садовский открыл эффект превращения аустенитной у-фазы в мартенситную а-фазу в сплавах и сталях под действием сильного магнитного поля. Ученые многих стран пытались получить мартенситную фазу с необыкновенными свойствами при температурах близких к абсолютному нулю.
критический сталь магнитный поле
Рис. 1.
Нас интересовало мартенситное превращение при высоких температурах. С этой целью применили эффект Садовского, который способен повысить точку Ms на сотни градусов (Ms - температура начала превращения). На рис. 1 показано, что с увеличением напряженности Н магнитного поля, температура Ms возрастает в два раза и увеличивается количество мартенситной фазы (М%).
Рис. 2.
После построения зависимости In М%/100 = f (1/T) логарифма количества мартенситной фазы от обратной температуры была определена критическая температура Тс = 670 К для стали 52Ч2Н25 (рис. 2). Аналогично была определена критическая напряженность магнитного поля Нс = 80 МА/м. При критических параметрах Тс к Не сталь переходит в критическое состояние, прекращается дальнейший переход аустенита в мартенсит, а при более высоких температурах Т М% = 0.
Закономерность превращения А-->М выражается системой 2 уравнений:
М% = 100ехр[-Tm(1/T-1/Tc)]= 100ехр[-Hm(1/H-1/Hc)].
Особенность нового критического состояния в том, что оно образуется при переходе фаз, отличающихся атомной структурой симметрии, а также решеткой Браве.
Для объяснения природы и механизма образования критического состояния разработана кристаллографическая теория мартенситного превращения в магнитном поле.
Академики-лауреаты Нобелевской премии П.Л. Капица, а затем А.Д. Сахаров открыли способы получения сильных и сверхсильных магнитных полей (СМП), что послужило началом интенсивных исследований по применению их в металлофизике, а теперь и в химии. Это направление усиленно развивается и в настоящее время [5]. Установлено, что в цилиндрическом образце СМП создает поперечное сжатие под давлением РI и продольное растяжение под давлением Р2=Р3=1/1Р1, Рi=1/2м0Hi, где м0 - магнитная постоянная.
Переход стали в критическое состояние происходит в трех стадиях:
1. Превращение ГЦКА-->ГЦТА
2. Превращение ГЦТА--> ОЦТм
3. Превращение ОЦТM-->К.с.
На первой стадии выравнивается симметрия фаз. Под действием СМП аустенит становится тетрагональным. На второй стадии тетрагональный аустенит переходит в тетрагональный мартенсит, который переходит в критическое состояние с промежуточной структурой (искаженной кубической решеткой).
Рис. 3.
Методом прецизионной рентгеновской дифрактометрии было обнаружено явление асимметрии деформации фаз при воздействии СМП: при сжатии решетки аустенита и расширении решетки мартенсита, возникающего из сжатого аустенита (рис. 3), эффект асимметрии деформации фаз (АДФ) проявляется в механизме перехода стали в критическое состояние. Эффект АДФ является дополнением к принципу Ле-Шателье для процессов, происходящих в микромире. Он приводит к выравниванию векторов Бюргерса (межатомных расстояний) фаз и межплоскостных расстояний плотноупакованных плоскостей, что облегчает сдвиговую деформацию на третьей стадии и переход стали в критическое состояние.
Структура стали в критическом состоянии была предсказана на основе расчета баланса энергии системы в процессе превращений. На первой стадии квазиупругой деформации аустенитом было поглощено 780 МДж/м энергии. После перехода стали в критическое состояние энергия квазиупругой деформации составляла 40 МДж/м3. На сдвиговую деформацию расходовалась львиная доля поглощенной энергии 740 МДж/м3..Переход стали в критическое состояние с промежуточной решеткой осуществлялся при помощи дислокаций. Если представить распределение дислокаций в виде так называемых стенок в плотноупакованных плоскостях, то при плотности дислокаций 1012·1/см2-1014·1/см2 между дислокациями будут располагаться 5-50 атомов. Это предельная плотность дислокаций.
Рис. 4.
Сталь в критическом состоянии подобна квазикристаллическому материалу с упорядоченной структурой (рис. 4). Высокая (предельная) плотность дислокаций будет обеспечивать высокую прочность, а упорядоченное распределение их в стали - высокую пластичность.
Таким образом, сталь в критическом состоянии представляет собой новый высококачественный материал XXI в.
Литература
1. Современная теория критических явлений / Пер. с англ. - М., 1980.
2. Садовский В.Д., Смирнов Л.В., Родогин Н.М. Физика металлов и металловедение. - Т. 12, 1961. - С. 302-304.
3. Кривоглазов М.А., Садовский В.Д., Смирнов Л.В., Фокина Е.А. Закалка стали в магнитном поле. - М., 1977. - 120 с.
4. Яхонтов А.Г., Ногаев М.А., Мищенко С.С. Явление перехода стали в критическое состояние нового типа // Сб. научн. тр. Физика. - Вып. 2, КРСУ. - Бишкек. - С. 64-66.
5. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля // Пер. с англ. - М., 1972. - 392 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Диаграмма изотермических превращений аустенита. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение. Микроструктура пересыщенного твердого раствора углерода в железе. Механические свойства стали с мартенситной структурой и безуглеродистых сплавов.
реферат [1,7 M], добавлен 18.03.2011Фазовые превращения в сплавах при нагреве и охлаждении. Процесс и этапы образования аустенита при нагреве. Структура стали после термической обработки. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение в стали.
презентация [574,6 K], добавлен 29.09.2013Структура доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей при различных температурах. Фазовые превращения стали. Особенности возникновения структуры доэвтектоидной стали. Основные факторы, от которых зависит микроструктура стали. Полный и неполный отжиг.
реферат [2,1 M], добавлен 29.01.2014Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.
реферат [22,8 K], добавлен 24.12.2007Механические свойства стали при повышенных температурах. Технология плавки стали в дуговой печи. Очистка металла от примесей. Интенсификация окислительных процессов. Подготовка печи к плавке, загрузка шихты, разливка стали. Расчет составляющих завалки.
курсовая работа [123,5 K], добавлен 06.04.2015Металлургия стали как производство. Виды стали. Неметаллические включения в стали. Раскисление и легирование стали. Шихтовые материалы сталеплавильного производства. Конвертерное, мартеновское производство стали. Выплавка стали в электрических печах.
контрольная работа [37,5 K], добавлен 24.05.2008Строение и свойства стали, исходные материалы. Производство стали в конвертерах, в мартеновских печах, в дуговых электропечах. Выплавка стали в индукционных печах. Внепечное рафинирование стали. Разливка стали. Специальные виды электрометаллургии стали.
реферат [121,3 K], добавлен 22.05.2008Определение, классификация легированной стали. Маркировка, дефекты. Структура легированных сталей в нормализованном состоянии. Свойства и применение легированных сталей. Конструкционная и инструментальная легированная сталь. Аустенитные и ферритные стали.
реферат [720,7 K], добавлен 11.10.2016Критические точки в стали, зависимость их положения от содержания углерода. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, фазы и структурные составляющие: линии, точки концентрации, температуры; анализ фазовых превращений при охлаждении стали и чугуна.
реферат [846,6 K], добавлен 30.03.2011Фазы в железоуглеродистых сплавах: аустенит, феррит, цементит. Структурные составляющие в сталях. Микроструктура стали и схема ее зарисовки. Схема строения перлита. Микроструктура углеродистых сталей после отжига. Состав и структура эвтектоидной стали.
реферат [960,5 K], добавлен 12.06.2012Повышение твердости стали за счет образования мартенситной структуры. Превращение перлита в аустенит. Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки. Основные фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении.
доклад [19,3 K], добавлен 17.06.2012Понятие и сущность отпуска закаленной стали. Анализ изменений, происходящих при третьем превращении в структуре матрицы стали и в карбидной фазе: механизмы зарождения и роста цементита, кинетика и последовательность изменений в кристаллической структуре.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 24.11.2010Классификация и маркировка стали. Характеристика способов производства стали. Основы технологии выплавки стали в мартеновских, дуговых и индукционных печах. Универсальный агрегат "Conarc". Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 11.08.2012Характеристика рельсовой стали - углеродистой легированной стали, которая легируется кремнием и марганцем. Химический состав и требования к качеству рельсовой стали. Технология производства. Анализ производства рельсовой стали с применением модификаторов.
реферат [1022,5 K], добавлен 12.10.2016Распад аустенита, закономерности превращения. Пластинчатый и реечный мартенсит. Характерные особенности мартенситного превращения. Влияние состава стали на положение критических точек. Промежуточное превращение в стали. Критическая скоростью закалки.
лекция [115,7 K], добавлен 14.10.2013Особенности технологии выплавки стали. Разработка способов получения стали из чугуна. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали. Технологические операции кислородно-конверторной плавки. Производство стали в мартеновских и электрических печах.
лекция [605,2 K], добавлен 06.12.2008История открытия нержавеющей стали. Описание легирующих элементов, придающих стали необходимые физико-механические свойства и коррозионную стойкость. Типы нержавеющей стали. Физические свойства, способы изготовления и применение различных марок стали.
реферат [893,5 K], добавлен 23.05.2012Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах. Ковшевая обработка трансформаторной стали. Конструкция и оборудование МНЛЗ. Непрерывная разливка трансформаторной стали.
дипломная работа [5,6 M], добавлен 31.05.2010Основные способы производства стали. Конвертерный способ. Мартеновский способ. Электросталеплавильный способ. Разливка стали. Пути повышения качества стали. Обработка жидкого металла вне сталеплавильного агрегата. Производство стали в вакуумных печах.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.01.2005Определение классификации конструкционных сталей. Свойства и сфера использования углеродистых, цементуемых, улучшаемых, высокопрочных, пружинных, шарикоподшипниковых, износостойких, автоматных сталей. Стали для изделий, работающих при низких температурах.
презентация [1,8 M], добавлен 14.10.2013
