Неметаллических включении

При меднении стекловолокон или волокон из других неметаллических соединений поверхность последних подвергают сенсибилизации и активации. Для этого их погружают в раствор восстановителя, например хлористого олова (сенсибилизация), а затем в раствор соли металла, ионы которого восстанавливаются сенсибилизатором, образуя на поверхности каталитически активную пленку (активация).

Электрохимическая обработка. В основе этого метода обработки лежат явления электролиза, обычно — явления анодного растворения металла обрабатываемой заготовки с образованием различных неметаллических соединений. При применении нейтральных электролитов образуются гидраты окиси металла [например, Fe (ОН)а или Fe(OH)3], которые, выпадая в осадок, пассивируют обрабатываемую поверхность и забивают межэлектродный зазор. Чтобы удалить указанные продукты из зоны обработки, электролит прокачивают через межэлектродный промежуток с большой скоростью. Прокачивание обеспечивает также охлаждение электролита, позволяет довести плотность тока при обработке до нескольких сот ампер на квадратный сантимер, получить очень большой съем металла в единицу времени (до десятков тысяч кубических миллиметров в минуту). Процесс характеризуется также полным отсутствием износа электрода-инструмента и независимостью точности и шероховатости поверхности от интенсивности съема, т. е. возможностью получить большую точность и низкую шероховатость при высокой производительности. Обработка в проточном электролите применяется при изготовлении деталей сложного профиля из труднообрабатываемых сталей и сплавов (например, пера турбинных лопаток, полостей в штампах и пресс-формах), в том числе — изготовляемых из твердых сплавов, при прошивании отверстий любой формы.

--- образования неметаллических соединений— Таблицы 1 (1-я) — 372

Тепловые эффекты образования неметаллических соединений в ккал/моль

Монография содержит систематическое изложение современного состояния исследований в области компьютерного материаловедения двойных и более сложных тугоплавких неметаллических соединений- нитридов и оксидов р-алементов (В, Al, Ga, С, Si, Ge) и керамических материалов на их основе. Обсуждаются особенности электронных свойств и функциональные характеристики основных классов высокотемпературных неметаллических нитридных и оксидных соединений в различных состояниях — кристаллическом, аморфном, наноразмерном. Анализируются проблемы описания роли структурных и химических дефектов в формировании свойств бинарных фаз, рассмотрены особенности энергетических электронных состояний поверхности кристаллов, интерфейсов, границ зерен. Значительное внимание уделено моделям и методам квантовохимических расчетов многокомпонентных нитридных и оксидных керамик (сиалоны). Обсуждены возможности и перспективы квантовой теории в решении задач практического материаловедения и прогнозе новых материалов с оптимизированными функциональными свойствами (термостойкость, прочность, высокая устойчивость в агрессивных средах, диэлектрические характеристики и др.). Обобщен опыт квантовохимического моделирования сложных высокотемпературных керамических материалов, нанокристаллов, многослойных структур, высокопрочных композитов.

Главы 6,7 посвящены следующим базисным группам тугоплавких неметаллических соединений — оксидам алюминия и кремния, для каждой из которых последовательно рассмотрены вопросы электронного строения и свойств кристаллических и аморфных состояний, модели фазовых переходов, изложены результаты исследований по воздействию на свойства оксидов примесей, дефектов, поверхностных состояний, приводятся сведения по принципам моделирования и обсуждаются конкретные результаты изучения межфазных границ и межзеренных областей. Анализ данных квантово-химических вычислений проведен в тесной взаимосвязи с экспериментальными сведениями по свойствам соответствующих материалов.

Нитриды /^-элементов III группы Периодической таблицы (Ill-нитриды) составляют один из наиболее практически важных классов тугоплавких неметаллических соединений, находящих широкое применение в различных областях современной техники, а также являются исходными при создании разнообразных керамических материалов полифункционального назначения.

К основным недостаткам схемы (5.1) относится выбор составов, основанный на правиле электростатических валентностей По-линга. Между тем, хорошо известно, что образующиеся в данной системе фазы (например A1N, А12О3, Si3N4, Si2N2O и т. д.) относятся к классу тугоплавких неметаллических соединений с преимущественно ковалентным типом химическом связи, где значения реальных атомных зарядов далеки от величин их формальных валентностей, см. гл. 1, 4, 6.

Квантовохимическое описание дефектов в SiO2, как и других рассматриваемых в настоящей работе тугоплавких неметаллических соединений (гл. 3—6), базируется на двух основных подходах — зонном и кластерном. Результаты, получаемые в первом их них, обсудим с привлечением данных работы [104], где в модели сверхячейки методом ЛППВ рассматривается сс-кварц, содержащий примеси замещения по катионной подрешетке — атомы алюминия. cc-SiO2 моделировали 18-атомной сверхячейкой; замена атома кремния в объеме которой на нейтральный атом А1 имитировала состав дефектной фазы Siog3Al016O2. Сравнив структуру зон последней системы и "идеального" a-SiO2, авторы [104] отмечают, что присутствие примеси наиболее заметно проявляется в возникновении новых "примесных" АГЗр-состояний, располагающихся в интервале ЗЩ (между подполосами связывающих и несвязывающих О2р-состояний, см. рис. 7.1) матрицы, в результате для алюмосиликата образуется общая зона смешанных О2р—А13р— Si-состояний, характерная для тройных фаз в системе Al—Si—О [105—107].

С целью повышения качества деталей проводится их изготовление из порошков, поскольку химическую однородность отдельных частиц порошка, их размеры и кристаллическое строение обеспечить значительно проще. Кроме этого, преимущество применения порошковой металлургии для изготовления металлических деталей заключается в том, что оказывается возможным получать новые технические материалы, которые нельзя или невыгодно получать другими способами. Таковы, например, тугоплавкие и твердые металлы и сплавы, композиции из металлов, не смешивающихся в жидком состоянии и не образующих твердых растворов (железо -свинец и др.) или неметаллических соединений. Другим достоинством порошковой металлургии является близость штампованной заготовки к размерам детали и сокращение операций обработки заготовки резанием. К числу преимуществ порошковой металлургии так же относится возможность использования отходов (окалина, стружка) для получения порошков.

Как известно, имеются две принципиально различные возможности достижения высокой прочности: одна, традиционная,— улучшение различными способами прочности пластичных металлических сплавов; другая, получившая развитие в последнее время,— создание композиционных материалов на металлической или неметаллической основе, армированной волокнами (дискретными — нитевидными кристаллами или непрерывными) часто не пластичных и неметаллических соединений.

Проанализировано влияние переплавных процессов на микроструктуру литой и деформированной стали, природу, форму, количество и характер распределения неметаллических включении, микронеоднородность, кинетику распада переохлажденного аустенита, технологические свойства, конструктивную прочность. Дана сравнительная оценка переплавных процессов и приведены рекомендации по их наиболее целесообразному использованию.

Значительное изменение в содержании газов наблюдается при выдержке металла в печи В это время имеет место общая дегазация чугуна вследствие диффузии газа к поверхности жидкого металла и удаления неметаллических включении, содержащих окислы, нитриды и т п Од нако одновременно происходит и поглощение газов на поверхности жидкого металла вследствие взаимодействия его компонентов с атмосферой Этот процесс идет непрерывно, стремясь к динамическому равновесию, пока су ществует контакт металла и атмосферы В табл 28 при ведены данные об изменении содержания газов в чугуне при различных температурах и различном времени вы держки Содержание растворенных газов при любых тем пературах выдержки неуклонно снижается и тем больше, чем большей была первоначальная концентрация газов в сплаве

Таким образом, для заполнения формы в указанном режиме, литниковая система должна обеспечить: 1 — заполняемость формы; 2 — ламинарное течение расплава по каналам литейной формы или течение с минимально допустимой турбулентностью; 3 — задержание неметаллических включении; 4 — положительное давление металла в каналах литейной формы; 5 — рациональное распределение температур в охлаждающейся отливке.

Моделирование движения неметаллических включении в литниковых системах. Для моделирования движения неметаллических включений (шлака, пены, флюсов) применяют твердые материалы соответствующей плотности: пробку, древесные опилки и уголь,

ж. Испытание кольца на расклеп. Служит для обнаружения расслоев, складок, трещин, скопления неметаллических включении, охрупчивания в результате старения и дефектов термической обработки (1.11.2.23).

Размеры неметаллических включении и их количество в стали должны соответствовать ГОСТ 1178—75 «Металлографические методы определения неметаллических включении» Загрязненность стали иеме таллическими включениями определяют путем сравнения с эталонными шкалами или подсчетом числа и объемной доли включении в деформи рованном и литом металле

Автоматизированный подсчет числа и дисперсии распределения не металлических включении по размерам осуществляют на количествен ных металлографических микроскопах типа «Kwantimeb или «Epi kwant» Фазовый состав их определяют металлографическим петрогра фическим рентгеиоструктурным и электронографическим методами, а химический состав — химическим анализом выделенного осадка и ло кадьным рентгеноспектральным методом Наиболее эффективны микро анализаторы типа «Comebaks» позволяющие определить фазовый и хи мическии состав неметаллических включении размером от 05—10 мкм

6) и толщина их заметно уменьшается, по сравнению с литым таллом На рис 7 б приведена диаграмма характеризующая измене ИР толщины и длины пластичных неметаллических включении (н в) при пячеи прокатке слнтка на лист и проволоку Стрелки на диаграмме •указывают примерное изменение размеров неметаллических включении «т слитка до соответствующего проката

Механизм воздействия неметаллических включении на свойства ста ли обоснован и обобщен в работах М А Штремеля которые кратко -излагаются ниже

Концентрация напряжений при упругой деформации зависит от упругих свойств самих неметаллических включении Чем больше их мо дуль упругости, тем выше напряжения около них Поэтому наибольшее напряжения создаются около прочных иедеформируемых включении типа А12Оз и SiOz Острые ребра жестких включений также будут усиливать концентрацию около них остаточных напряжении

Пластичные силикаты и сульфиды в горячекатаной стали усиливают ферритиую полосчатость (рис 8) Такое действие силикатов обусловлено тем что нити этих неметаллических включении образовавшихся при кристаллизации жидкой стали обогащают прилегающий металл шириной до 10 мкм кремнием благодаря диффузии его в металл при высоких температурах вследствие чего повышается термодинамическая активность углерода и ои вытесняется из этого слоя облегчая образование в нем феррита В случае возникновения в деформированной стали строчек сульфида марганца в результате выделения его нз твердого раствора прилегающие к ним участки металла соединяются марганцем устойчивость переохлажденного аустенита в нем понижается и при охлаждении в них образуется избыточный феррит Нормализация стали практически не изменяет ферритную полосчатость обусловленную сили катами и уменьшает полосчатость, причиной которой являются суль фиды