Исследование и разработка комплексно-легированных чугунов с учетом строения жидкого состояния для повышения их эксплуатационных свойств

- степень уплотнения расплава в интервале температур t₀ - t₁ и t₁ - t_Л зависит от вида и количества легирующих элементов; легирующие элементы (W, Мо) с более высокой плотностью, чем у железа, интенсивнее уплотняют расплав в интервале температур t₀ - t₁ и t₁ - t_Л вследствие усиления межчастичных взаимодействий с компонентами чугуна (Fe и C);

- все легирующие элементы без исключения уменьшают значение коэффициента термического сжатия б₁ в интервале температур t₁ - t_Л; следовательно, чем плотнее легирующий элемент, тем в меньшей степени сжимается жидкая фаза от температуры охлаждения до температуры начала кристаллизации избыточного аустенита.

5. Получены новые результаты по влиянию легирующих элементов на кристаллизационные параметры, структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства низкоуглеродистого белого чугуна и дано научное обоснование установленным концентрационным зависимостям.

6. Обоснован выбор оптимальных режимов термообработки легированных низкоуглеродистых белых чугунов, заключающихся в закалке с последующим низкотемпературным отпуском для достижения максимальной твердости и износостойкости при соответствующих концентрациях легирующих элементов.

7. Комплексное легирование низкоуглеродистого хромистого белого чугуна существенно изменяет кристаллизационные параметры, физико-механические и эксплуатационные свойства. Комлексно-легированные чугуны после воздушной закалки обладают более высокими твердостью и износостойкостью.

8. Получены новые результаты по влиянию легирующих элементов на процессы кристаллизации и структурообразования среднеуглеродистого (3,0-3,1 мас.%) белого чугуна. Замедляя диффузионные процессы, легирующие элементы Cr, Mo и W кинетически затрудняют распад переохлажденного аустенита и способствуют стабилизации аустенита, о чем свидетельствуют результаты рентгеноструктурного анализа и исчезновение ферромагнитных свойств в низко- и среднеуглеродистых белых чугунах. В области концентраций, где происходит инверсия карбидных фаз (FeCr)₃C>(FeCr)₇C₃>(FeCr)₂₃C₆, наблюдается скачкообразный рост концентрации хрома, микротвердости карбидных фаз, а также аномальное изменение физико-механических и эксплуатационных свойств. Рентгеноструктурным анализом доказано наличие карбидных фаз (FeCr)₃C, (FeCr)₇C₃, (FeW)₃C, (FeW)₆C и др. при соответствующих концентрациях легирующих элементов в низко- и среднеуглеродистых белых чугунах. Температура начала кристаллизации карбидных фаз также фиксируется на политермах интенсивности гамма-проникающих излучений и термограммах кристаллизации.

9. Разработаны технологии синтеза металлических сплавов с легирующими элементами (W, Mo, Cu, Sn и др.) на основе минеральных концентратов ДВ региона электродуговым способом. Несмотря на высокую производительность процесса восстановления, электродуговой способ обладает рядом недостатков - длительным процессом приготовления шихтовых материалов, а иногда испарением конечных продуктов. В связи с этим разработана новая технология получения, например, порошков молибдена и композитов с вольфрамом, сущность которой заключается в том, что кислородсодержащие соединения (МоО₃ и WO₃) восстанавливают металлическим магнием в среде расплавов солей (Na₂CO₃-NaCl и др.) при температурах 800-900 єС, превышающих температуру их плавления на 20-30 єС.

Получены порошок молибдена (мас.%: 98,4 Mo; 0,3 Fe; 0,3 Cu; 0,5 W; 0,5 Nb) и порошковые композиционные материалы Mo-W (мас.%: 74,5 Мо; 20,3 W; 0,4 Cu; 0,3 Fe; 4,5 Si).

Также разработана новая технология получения олова из касситеритового концентрата путем химической активации углетермического восстановления в среде расплавов солей NaNO₃ и Na₂CO₃. Присутствие солей усиливает процесс углетермического восстановления олова из его концентрата (мас.%: 98,5 Sn; 0,77 Pb; 0,43 Cu; 0,27 Fe) и увеличивает выход олова до 97,0-98,5 мас.%.

10. Впервые открыто ранее неизвестное явление аномального изменения строения жидкой фазы, кристаллизационных параметров и структурообразования, физико-механических и эксплуатационных свойств металлических сплавов при воздействии на их расплавы наносекундными электромагнитными импульсами. Установлено:

- что строение жидкой фазы чугунов (серых, высокопрочных и комплексно-легированных) изменяется от ПОН по экстремальной зависимости с минимумом или максимумом степени уплотнения (-?J_ж) и коэффициента термического сжатия (б_ж) расплавов при определенной продолжительности облучения их НЭМИ, равной 10-15 мин;

- все кристаллизационные параметры изменяются от ПОН расплава, как правило, по экстремальной зависимости: с повышением ПОН расплавов наблюдаются резкое измельчение структурных составляющих и изменение фазового состава твердых растворов при ПОН, равной 10-15 мин;

- физико-механические свойства всех исследованных металлических сплавов также изменяются по экстремальной зависимости от ПОН расплавов; например, максимальные значения теплопроводности чугунов и металлических сплавов наблюдаются при ПОН расплавов, равных 10-15 мин; при этом теплопроводность возрастает в 1,5-2,0 раза;

- для достижения максимальных значений эксплуатационных свойств (износостойкость, коррозионностойкость) также требуется определенная ПОН расплава в зависимости от вида чугунов и других металлических сплавов. В некоторых сплавах облучение расплава НЭМИ отрицательно влияет на жаростойкость;

- предложены возможные механизмы влияния НЭМИ на вышеуказанные параметры с позиции современных представлений о жидком состоянии вещества и его взаимодействии с электромагнитным полем высокой напряженности (НЭМИ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Ри Хосен. Комплексно-легированные чугуны специального назначения / Х. Ри, Э. Х. Ри. - Владивосток : Дальнаука, 2000. - 287 с.

2. Ри Э.Х. Комплексно-легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном состояниях / Э. Х. Ри, В.М. Колокольцев, Х. Ри [и др.] - Владивосток : Дальнаука, 2006. - 274 с.

3. Ри Э.Х. Влияние облучения наносекундными электромагнитными импульсами жидкой фазы литейных сплавов на ее строение, процессы кристаллизации и структурообразования и свойства. Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 08-08-070 / Э.Х. Ри, Хосен Ри, С.В. Дорофеев. - Владивосток : Дальнаука, 2008. - 181 с.

4. Ри Хосен. Отливки из легированных чугунов / Хосен Ри, А.И. Евстигнеев, Э.Х. Ри, Е.В. Попова // Литейное производство. - 1997. № 8-9. - С. 48-49.

5. Ри Хосен. Связь между свойствами расплавов, литейными и эксплуатационными характеристиками легированных чугунов / Хосен Ри, А.И. Евстигнеев, Э.Х. Ри, Е.В. Попова // Литейное производство. - 1997. № 11. - С. 17-18.

6. Ри Хосен. Коррозионная стойкость и жаростойкость легированных белых чугунов / Хосен Ри, В.А. Тейх, Э.Х. Ри, Е.В. Муромцева // Литейное производство. - 2000. - № 3. - С. 12-13.

7. Ри Э.Х. Физико-механические свойства и эксплуатационные свойства легированного белого чугуна в литом состоянии / Э.Х. Ри, А.С. Бриченок, Хосен Ри // Литейщик России. - 2004. - № 1. - С. 8-11.

8. Ри Э.Х. Комплексно-легированные малоуглеродистые белые чугуны функционального назначения / Э.Х. Ри, А.С. Бриченок, Хосен Ри // Литейщик России. - 2004. - № 2. - С. 8-10.

9. Ри Э.Х. Обоснование режимов термической обработки низкоуглеродистого легированного белого чугуна / Э.Х. Ри, А.С. Бриченок, Хосен Ри // Литейщик России. - 2004. - № 3. - С. 10-11.

10. Ри Э.Х. Об использовании дальневосточных минеральных концентратов для производства металлургических материалов / Э.Х. Ри // Литейное производство. - 2006. - № 6. - С. 19-21.

11. Ри Э.Х. Синтез комплексно-легированных белых чугунов в литом и термообработанном состояниях / Э.Х. Ри, А.С. Рабзина, Хосен Ри [и др.] // Литейное производство. 2006. № 7. с. 2-4.

12. Ри Э.Х. Влияние легирующих элементов на жаро- и коррозионную стойкость низкоуглеродистого белого чугуна / Э.Х. Ри, А.С. Рабзина, Хосен Ри [и др.] // Литейное производство. - 2006. - № 7. - С. 5-8.

13. Ри Э.Х. Новая технология получения олова из касситеритовых концентратов Дальневосточного региона путем химической активации углетермического восстановления / Э.Х. Ри, В.В. Гостищев, Хосен Ри, В.Г. Комков // Литейщик России. 2007. - № 6. - С. 32-33.

14. Ри Э.Х. Электронно-микроскопическое исследование и микрорентгеноспектральный анализ бронзы, облученной в жидком состоянии наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) / Э.Х. Ри, Хосен Ри, С.В. Дорофеев, В.Г. Комков // Литейщик России. - 2007. - № 7. - С. 33-36.

15. Ри Э.Х. Облучение при плавке жидкой меди и бронзы наносекундными электромагнитными импульсами / Э.Х. Ри, С.В. Дорофеев, Хосен Ри [и др.] // Металлургия машиностроения. - 2006. - № 4. - С. 13-17.

16. Ри Э.Х. Свойства алюминия и силумина после облучения наносекундными электромагнитными импульсами / Э.Х. Ри, С.В. Дорофеев, Хосен Ри [и др.] // Металлургия машиностроения. - 2006. - № 4. - C. 18-20.

17. Ри Э.Х. Исследование влияния легирования на строение расплава чугуна методом г-проникающих излучений / Э.Х. Ри, А.С. Рабзина, В.М. Колокольцев [и др.] // Металлургия машиностроения. - 2006. - № 4. - С. 21-24

18. Ri Е.H. Combined effect of alloying elements on corrosion resistance and heat resistance of white cast iron / Е.H. Ri, H. Ri, A.S. Brichenok // J/Russian Technical News Letter. ROTOBO. № 3. Japan, 2001. - Р. 10-11.

19. Ree Khosen. Development of technological methods of Preparing melt for casting to improve impact-abrasion wear of hot blasting of complete-alloyed light-chromium cast / V.A. Teih, G.C. Dzjuba, Hosen Ree, E.Н. Ree, K.J. Shaposhnikov // The actual problems of the scientific and Far Eastern region. PROCEEDINGS. Khabarovsk, September 17-21, 1997. - Р. 124-127.

20. Ree Khosen. Synthesis of metallurgical and materials for Far Eastern raw mineral recourses / V.A. Teih, G.C. Dzjuba, Hosen Ree, E.Н. Ree, K.J. Shaposhnikov // The technical progress problems of the Far Eastern region. Khabarovsk, 1997. Volume, №3. - Р. 33-34.

21. Ri E.H. Influence of an irradiation of a liquid phase by nanosecond electromagnetic impulses (NEMI) on properties of metals and alloys/ Ri E.H., Ri Hosen, Dorofeev S.V., Kuharenko E.B// Rare metals, volume 26, Spec. Issue, August 2007. China. Р. 14-19

22. Ри Хосен. Разработка оптимального состава комплексно-легированого хромистого чугуна и режима термообработки деталей дробеметного аппарата / Хосен Ри, Э.Х. Ри, Г.С. Дзюба // Труды V съезда литейщиков России. - Москва. 2001.

23. Ри Э.Х. Влияние карбидообразующих легирующих элементов на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства хромистого низкоуглеродистого белого чугуна в литом и термообработанном состояниях / Э.Х. Ри, В.М. Колокольцев, Х. Ри, А.С. Бриченок, Г.С. Дзюба // Труды VII съезда литейщиков России. Т. 1: Общие вопросы. Черные и цветные сплавы. - Новосибирск : Изд. дом «Историческое наследие Сибири», 2005. - С. 70-76.

24. Ри Э.Х. Влияние облучения жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) на кристаллизацию, структурообразование и физико-механические свойства меди и бронзы / Э.Х. Ри, Хосен Ри, В.Н. Бруй, В.В. Белых // Труды VII съезда литейщиков России. Т. 1: Общие вопросы. Черные и цветные сплавы. - Новосибирск : Изд. дом «Историческое наследие Сибири», 2005. - С. 278-282.

25. Ри Э.Х. Элементно-фазовый анализ оловянной бронзы, облученной наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) / Э.Х. Ри, Хосен Ри, С.В. Дорофеев, В.Г. Комков// Труды VIII съезда литейщиков России. Т. 1. Черные и цветные сплавы. - Ростов-н/Д, 2007. - С. 229-232.

26. Ри Э.Х. Исследование влияния облучения расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства серых чугунов / Э.Х. Ри, Е.В. Ковалевич, Хосен Ри, С.В. Дорофеев, А.П. Ширшов // Труды восьмого съезда литейщиков России. Т. I. Черные и цветные сплавы. - Ростов-н/Д. 2007. - С. 68-71.

27. Ree E.H. The study of mechanism and kinetics of resistance and corrosion resistance white alloy cast irons / Е.H. Ri, H. Ri, Y.V. Soboleva // Symposium proceedings. The 6-th International Symposium on Actual Problems of the Scientific and Technological Progress of the Far Eastern Region. June 12-15, 2000. - Harbin, China. Р.57-59.

28. Ri E.H. Research of influence of an Irradiation of a liquid phase by nanosecond electromagnetic impulses (NEMI) on properties of metals and alloys / Ri E.H., Ri Hosen, Dorofeev S.V., Kuharenko E.B. // JCRSAMPT2006. Joint China-Russia symposium on advanced materials processing technology: Harbin, P.R. China, 2006. - Р. 34-36.

29. Ri E.H. Research of influence duration of melt irradiation by nanosecond electromagnetic impulses (NEMI) on crystallization parameters, physical-mechanical and operational properties of silumin АЛ 9/ E.H. Ri, Hosen Ri, S.V. Dorofeev // Modern materials and technologies 2007 : materials of international VIII Russia - China Symposium : two volumes. - Khabarovsk : Pacific National University, 2007. - Vol. 1. - P. 134-144.

30. Ri E.H. Research of influence graphitizing and alloying elements on process of crystallization and structurization low - carbon chromic. White cast iron / E.H. Ri, A.P. Shirshov, E. B. Kuharenko, Hosen Ri // Modern materials and technologies. 2007 : мaterials of international VIII Russia - China Symposium : two Volumes. - Khabarovsk : Pacific National University, 2007. - Vol. 2. - P. 195-200.

31. Ri E.H. Kinetics and mechanism of metal crystallization under influence of melt irradiation by nanosecond electromagnetic impulses in the cast iron of mark СЧ20 modified by silicon / E.H. Ri, Hosen Ri, S.V. Dorofeev, A.P. Shirshov // Modern materials and technologies 2007 : мaterials of international VIII Russia - China Symposium : two volumes. - Khabarovsk : Pacific National University. 2007. - Vol. 1. - P. 189-194.

32. Ри Хосен. Влияние легирующих элементов на физико-механические и специальные свойства белых чугунов / Ри Хосен, Ри Э.Х., Соболева Я.В., Шемякина Л.Н. // Вестник, Благовещенск: АмГУ, вып. 6, 1999

33. Ри Хосен. Исследование влияния легирующих элементов на процессы кристаллизации, структурообразования и ликвационные явления / Ри Хосен, Ри Э.Х., Соболева Я.В., Шемякина Л.Н. // Вестник, Благовещенск: АмГУ, вып. 6, 1999

34. Ри Х. Связь между свойствами расплавов и эксплуатационными характеристиками хромистых железоуглеродистых сплавов / Х. Ри, Э.Х. Ри, Г.С. Дзюба, А.С. Бриченок // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов : Т. 2. Экспериментальные исследования металлических расплавов. - Екатеринбург-Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2001. - С. 113-118.

35. Ри Х. Влияние легирующих элементов на физико-механические свойства низкоуглеродистого белого чугуна / Х. Ри., А.С. Бриченок, Э.Х. Ри // Принципы и процессы создания неорганических материалов: Материалы международного симпозиума (ЙЙ Самсоновские чтения). - Владивосток. ДВО РАН Хабаровск : Изд-во «РИОТИП», 2002. - С. 116-117.

36. Ри Х. Карбидные фазы в комплексно-легированных белых чугунах / Х. Ри , Н.Ф. Бомко, Э.Х. Ри, А.С. Бриченок // Литейные процессы : сб. науч. тр. / Под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - Вып. 2. - С. 35-36.

37. Ри Х. Исследование влияния термической обработки на структурообразование, твердость и износостойкость низкоуглеродистого белого легированного чугуна / Х. Ри, А.С. Бриченок, Э.Х. Ри // Литейные процессы : сб. науч. тр. / Под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - Вып. 2. - С. 4-8.

38. Ри Х. Влияние легирующих элементов на образование карбидных фаз в белых чугунах / Х. Ри, Н.Ф. Бомко, Э.Х. Ри, А.С. Бриченок // Литейные процессы. Выпуск 2.: Межрегиональный сборник научных трудов / Под ред. В. М. Колокольцева, Магнитогорск; МГТУ, 2002. - с. 7-9.

39. Ри Э.Х. Оптимизация состава комплексно-легированного серого чугуна с высокой износостойкостью // Межрегиональный сборник научных трудов «Литейные процессы», Магнитогорск, 2006. - вып.6 с.4-8.

40. Ри Э.Х. Физические свойства расплавов и структурообразование комплексно-легированных хромистых чугунов / Э.Х. Ри, Х. Ри, Г.С. Дзюба, А.С. Бриченок // Литейное производство сегодня и завтра. Тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию кафедры «Физико-химия литейных сплавов и процессов». - СПб., 2001. - С. 60-65.

41. Ри Э.Х. Эксплуатационные характеристики комплексно-легированного хромистого чугуна / Э.Х. Ри, Х. Ри, Г.С. Дзюба, А.С. Бриченок // Литейное производство сегодня и завтра. Тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию кафедры «Физико-химия литейных сплавов и процессов». - СПб., 2001. - С. 65-68.

42. Ри Э.Х. Влияние продолжительности облучения расплава НЭМИ на кристаллизационные параметры, физико-механические и эксплуатационные свойства силумина АЛ9 / Э.Х. Ри, С.В. Дорофеев, Хосен Ри // IV Международной научн.-практ. конф. «Прогрессивные литейные технологии» : сб. научн. трудов, посвященной 125-летию рождения зав. кафедрой «Литейное производство» Московского института стали, проф. Коссовского П.А. 22-28 октября 2007 г. - С. 260-262.

43. Ри Хосен. Связь между свойствами расплавов и эксплуатационными характеристиками хромистых железоуглеродистых сплавов / Хосен Ри, Э.Х. Ри, А.С. Бриченок, Г.С. Дзюба // Труды Российской конференции. «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» - Т. 2. Экспериментальные исследования металлических расплавов. Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2001

44. Ри Х. Физико-механические свойства низкоуглеродистого белого чугуна / Х. Ри, А.С. Бриченок, Э.Х. Ри // Вторая Межд. науч.-практ. конф. : Прогрессивные литейные технологии : Сб. тез. докл. - Москва, 2002. - С. 112-115.

45. Ри Х. Влияние легирующих элементов на процессы кристаллизации и структурообразования низкоуглеродистого белого чугуна / Х. Ри, А.С. Бриченок, Э.Х. Ри // Вторая Межд. науч.-практ. конф. : Прогрессивные литейные технологии : Сб. тез. докл. - Москва, 2002. - С. 116-118.

46. Пат. № 2290449 Российская Федерация, (51) МПК С22В 4/00, С22С 9/02. Способ получения оловяннистой бронзы. Ри Хосен, Ри Э.Х., Богачев А.П. и др. ; заявитель и патентообладатель Тихоокеанский государственный университет. - № 2004135576/02 ; заявл. 06.12.2004, Бюл. № 36. - 3 с.

47. Пат. № 2287605 Российская Федерация, (51) МПК C22F 3/02. Способ обработки расплава меди и ее сплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) для повышения их теплопроводности. Ри Э.Х., Ри Хосен, Белых В.В. ; заявитель и патентообладатель Тихоокеанский государственный университет. - № 2005107842/02 ; заявл. 21.03.2005, Бюл. № 32. - 3 с.

48. Пат. № 2285586 Российская Федерация, (51) МПК B22F 9/18, C22B 34/30, C22C 1/10. Способ получения порошка молибдена или его композитов с вольфрамом. Гостищев В.В., Ри Э.Х. ; заявитель и патентообладатель Тихоокеанский государственный университет. - № 2005107844/02 ; заявл. 21.03.2005, Бюл. № 29. - 3 с.

49. Диплом № 349 от 5 февраля 2008 г. на научное открытие «Явление изменения физических характеристик металлических расплавов при воздействии на них наносекундных электромагнитных импульсов». Авторы: Ри Э.Х., Знаменский Л.Г., Кулаков Б.А., Крымский В.В., Ри Хосен, Балакирев В.Ф., Ивочкина О.В., Дубровин В.К.

50. Ри Э.Х. Теория литейных процессов: учебник / В. Д. Белов, М. А. Иоффе, В. М. Колокольцев, Хосен Ри, Э. Х. Ри, Г. И. Тимофеев ; под ред. Хосена Ри. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП» краевой типографии, 2008. - 578 с.

Размещено на Allbest.ru