КЛАСТЕРНИЙ МЕХАНІЗМ КРИСТАЛІЗАЦІЇ ШВІВ ПРИ ДУГОВОМУ ЗВАРЮВАННІ З ДІЄЮ КЕРУЮЧИХ МАГНІТНИХ ПОЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990242021248984Ключові слова:
дугове зварювання, магнітне поле, кристалізація, кластерАнотація
Прийнятий в літературі зі зварювання і широко освітлений в навчальній літературі процес кристалізації металу в зварювальній ванні пояснюють з позиції дифузійного механізму. Механізм росту кристалів представляється як приєднання атомів речовини з розплаву до твердої фази (підкладці), тобто як дифузійний процес. При цьому процес кристалізації трактується як періодичний, з зупинками в період виділення прихованої теплоти кристалізації. На кордоні твердого металу ванниз рідким її металом утворюється тонкий твердо-рідкий прошарок, в якому розвиваються дифузійні процеси (рух атомів з розплаву до твердого металу шва, що закристалізувався).Такий підхід використаний у всіх роботах, які присвячені вивченню дії магнітних полів (МП) при дуговому зварюванні на подрібнення структури швів. У той же час в літературі в галузі ливарного і металургійного виробництва для пояснення властивостей злитків широко використовується кластерний механізм процесу їх кристалізації. Між процесами кристалізації металу в зварювальній ванні і процесами кристаллізаціі злитків є схожість.Шляхом дифракції відбитих від рідких металів і сплавів (в тому числі і на основі заліза) рентгенівських променів, електронів і нейтронів встановлено, що в рідині є кристалоподібні складові-кластери. По літературним даним в одному кластері рідкого металу (сплаву на основі заліза) міститься близько 102...103 атомів. Кластери виникають при плавленні кристалічних тіл. Кластери - це короткоживучі, але досить стійкі угрупування атомів. Навколо кластерів існує знеміцнена зона (тобтоатоми рідкого металу). Об’ємзнеміцненої зони становить для багатьох рідких металів і сплавів близько 2...5%, а сплавів на основі заліза – до 28%.Знеміцнена зона є проміжним середовищем.. На наш погляд ці уявлення можна використовувати для опису процесу крісталлізації зварних швів при дуговому зварюванні металів і сплавів, в тому числі і при дії керуючих магнітних полів. Це відбувається таким чином: рідкий метал в головній частині ванни має більш високу температуру (приблизно на 1000 ° С) і більш дрібні кластери, ніж вхвостовій частині ванни, де більші кластери (і де метал кристалізується). Під дією знакозмінних електромагнітних сил керуючих магнітних полів рідкий метал періодично (примусово) переміщується в хвостову частину ванни, поставляючи туди більш дрібні кластери і це забезпечує при кристалізації в зварномушві(здією керуючих магнітних полів) формування більш дрібних зерен.
Посилання
Григораш В.В. Управление кристаллизацией металла шва с целью повышения технологической прочности сварных соединений / В.В. Григораш// Диссертация канд. техн. наук. – К.: КПИ, 1991. – 238с.
Лахтин Ю. М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
Размышляев А.Д. О механизме измельчения структуры металла шва при дуговой сварке с воздействием магнитных полей (Обзор). / А. Д. Размышляев, М.В. Агеева// Автоматическая сварка. – 2018. – №3.–С.29-33.
Размышляев А.Д.Первичная кристаллизация металла при дуговой наплавке с воздейтсвием продольного магнитного поля / А. Д. Размышляев, М.В. Агеева // Сварочное произвоство. – 2020. – №3. –С. 9-13.
Чалмерс Б.Теория затвердевания / Б. Чалмерс. – М.: Металлургия,1968. – 258 с.
Флемингс М.Процессы затвердевания/ М. Флемингс. –М. :Мир, 1977. – 156 с.
Багрянский К.В.Теория сварочных процессов/ К.В.Багрянский, З.А.Добротина, К.К.Хренов. –,К.:Вища школа, 1976. – 424 с.
Фролов В.В.Теория сварочных процессов / В.В.Фролов. – М.: Высшая школа, 1988. – 559 с.
Размышляев А.Д.О кластерном механизме кристаллизации швов при дуголой сварке с воздействием управляющих магнитных полей / А.Д.Размышляев, М.В.Агеева // Автоматическая сварка. –2019. – №1. –С.1-4.
. Гаврилин И.В.Плавление и кристаллизация металлов и сплавов/ И.В. Гаврилин. – Владимир: Владимир.гос. ун-т,2000. – 355 с.
Жукова Л.А. Строение металлических жидкостей / Л.А. Жукова. – Екатеринбург, УГТУ-УПИ. – 2002. – 46 с.
Репях С.И.Размеры кластеров при температуре плавления чистых кристаллических веществ /С.И.Репях//Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2014. – №1.– С.40-44.
Найдек В.Л. Кластеры – структурные составляющие металлических расплавов / В.Л. Найдек, С.Г. Мельник // Металл и литье Украины. – 2015. –№7 (266). – С. 21–33.
Стеценко В.Ю. Термодинамика и наноструктурные механизмы процессов плавления и кристаллизации металлов / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2016. – № 3 (84). – С. 45-48.
Стеценко В.Ю.Наноструктурные процессы плавки и литья стали / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2016. – № 3 (84). – С. 49-51.
Стеценко В.Ю. Металлические расплавы – наноструктурные системы / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2014. – № 1 (74). – С. 48-49.
Стеценко В.Ю.Наноструктурные процессы плавления и кристаллизации чугуна / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2015. – № 1 (78) . – С. 29–31.
Стеценко В.Ю.Наноструктурные процессы плавления, кристаллизации и модифицирования металлов / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2015. – № 3 (80) . – С. 51 – 53.
Стеценко В.Ю. Кластеры в жидких металлах – стабильные нанокристаллы / В.Ю. Стеценко // Литье и металлургия. – 2015. – № 2 (79). – С.33–35.
Марукович Е.И. Основные трудности современной теории металлических расплавов. Пути преодоления / Е.И. Марукович, В.Ю. Стеценко // Литье и металлы. – 2016. – № 3 (84). - С. 24–27.
Иванов И.А. Кинетический фазовый переход при кристаллизации металлов из расплава / И.А. Иванов // Автореферат дис. канд. физ.-мат. наук. – М., 2007. – 23 с.
Марукович Е.И. Кристаллизация металлов и сплавов. Проблема. Пути решения / Е.И. Марукович, В.Ю. Стеценко // Foundayproductionandmetallurgy. – 2018. – № 3 (92). – С. 22 -25.
О воздействии нерастворимых добавок и вибрации на кристаллизацию переохлаждаемого расплава / В.Л. Найдек, А.С. Нурадинов, А.С. Эльдарханов, Е.Д. Таранов // Процессылитья. – 2009. – № 6. – С. 23-27.
Еланский Г.Н. Свойства и строение расплавов на основе железа / Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин // ВесникЮУрГУ. Серия «Металлургия». – 2015. – Т. 15, № 3. – С. 11-19.
Межидов В.Х. О механизме образования и роста кристаллических зародышей из расплава / В.Х. Межидов, А.С. Нурадинов, А.С. Эльдараханов // Процессы литья. – 2010. – №6. – С. 3–7.
Александров В.Д. Этапы развития кластерно – коагуляционной модели кристаллизации переохлажденных металлов / В.Д. Александров, С.А. Фролова, А.П. Зозуля // Металлические конструкции. – 2019. – Т.25. – №1. – С 5-15.
Скребцов А.М.Количествоатомов в кластереметаллическогорасплава (новыйрасчет) / А.М.Скребцов//Процессылитья. – 2007. – №3. – С.3–4.
Скребцов А.М. Изучение структурных перестроек в жидких металлах на модельном сплаве / А.М. Скребцов, Г.А. Иванов, Ю.Д. Кузьмин, В.М. Долгань, Е.Г. Божкова // Вісник Приазовського державного технічного університету. Зб. наук. пр. – 2008. – Вип. 18. – С. 61-65.
Скребцов А.М. Новый способ определения числа атомов в кластере металлического расплава / А.М. Скребцов, Г.А. Иванов, А.О. Секачев и др. // Вісник Приазовського державного технічного університету. Зб. наук. пр. .– 2006. – Вип. 16. – С. 1–7.
Скребцов А.М. Структура жидких металлов в интервале температуры ликвидус-кипения / А.М. Скребцов // Процессы литья. – 2009. – № 3. – С. 3–7.
