Механизмы неорганических реакций выплавки чугуна и стали | страница 17

Существуют способы получения монокристаллов железа [25,с.223] из газовой фазы разложением хлорида железа в атмосфере водорода.

В работе [28] поднят вопрос об изготовлении монокристаллических лопаток методом аддитивных технологий. В этом случае используется часть монокристаллической структуры (в виде затравки) с последовательным нанесением слоев сплава (порошков или капель) до получения нужной геометрии детали.

__

Рассмотрим образование зародыша без дефектов.

Форма растущего монокристалла (при совершенной кристаллической решетке) определяется из условия равновесия между кристаллом и расплавом [3,с.146]. По Гиббсу свободная энергия этого объема должна быть минимальной.

Уманский приводит рисунок зависимости формы кристалла от скоростей роста граней [3,с.147]:

Для объемно-центрированной решетки и гранецентрированной решетки расстояние между атомными плоскостями уменьшаются вдвое при определенных ориентациях плоскостей.

Уманский отмечает, что [3,с.148] на поверхности растущего кристалла можно представить надстроенный атомный слой, как показано на рисунке:

На надстроенную ступеньку атомы (в позициях 1-7 показаны на рисунке) могут присоединяться или покидать ее в различных местах. На ступеньке появляются изломы (5, 6) и атома 4, присоединенного к ступеньке. Атомы 1-3 являются адсорбированными на поверхность ступеньки. Вакансии обозначены позицией 7. Позиции 1-7 неравноценны энергетически. Выгодное присоединение атомов происходит в позициях, где образуются наиболее сильные связи.

Уманский приводит рисунок присоединения атома к плоскости [3,с.148]:

Ступенька расширяется до края кристалла и переходит в совершенную кристаллическую поверхность. Последующий рост кристалла осуществляется за счет расширения новых ступенек из двухмерных зародышей. Искажение формы монокристалла (приводящая к дендритной кристаллизации) происходит из-за искажения формы растущего кристалла под влиянием примесей, выделяющегося тепла, силы тяжести [3,с.150].

1. Впервые обоснован и показан механизм неорганической реакции превращений соединений железа в процессах выплавки чугуна и стали.

2. Рассмотрена проблема выплавки монокристаллического железа, имеющего повышенные физические характеристики по сравнению со сплавами зернистой структуры.

__

Механизм реакции точно обосновывается и устанавливается в настоящее время путем проведения квантово-механического расчета в специальных компьютерных программах, например, в программе, описанной в работах [19], [20], [21].