Роль и место модифицирования расплавов чугунов с точки зрения явления наследственности сплавов.
Панов А.Г.

Сборник докладов Литейного консилиума №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей» - Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006.

В настоящее время прочно установилось понимание значимости, а иногда и определяющей роли, не только основного химического состава и макростроения сплава, но и его чистоты (микросостава), а также микростроения в формировании служебных свойств металлоизделия, особенно для экстремальных условий эксплуатации. При этом под микросоставом сплава (например, чугуна) понимают не только содержание в нем серы и фосфора, но и ряда других элементов-примесей, случайно или преднамеренно введенных в расплав, а также состав и морфологию образованных ими химических ассоциаций (неметаллических включений и других «вторичных» фаз) [1].

Поэтому в практику литейного производства в ушедшем столетии прочно вошла операция обработки расплавов спецферросплавами перед их заливкой в форму. Причем наряду с уже ставшими традиционными операциями рафинирования и раскисления появились новые технологические операции микролегирования и модифицирования. Особо активно, начиная примерно с 50-х годов, в этот процесс стали вовлекаться ранее не применявшиеся в черной металлургии элементы, в том числе щелочно- и редкоземельные. При этом выявлено как положительное, так и отрицательное влияние отдельных малых и микроскопических добавок на свойства различных сплавов. Например, очень большое влияние на механические свойства конструкционного чугуна оказывает его сфероидизирующая обработка (Рис.1).

К настоящему времени накоплен достаточно большой исследовательский материал и практический опыт по микролегированию и модифицированию железоуглеродистых расплавов как отдельными элементами, так и комплексными лигатурами. Составы комплексных лигатур подбираются таким образом, что микролегирующее и модифицирующее влияния входящих в них элементов взаимно усиливаются [2].

Однако достаточно длительная практика применения операции модифицирования чугунов говорит о том, что ее эффективность при большом потенциале не всегда реализуется в полном объеме. Так, при изготовлении отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в одинаковых производственных условиях (одних шихтовых и вспомогательных материалах, одной технологии приготовления, обработки и разливки расплава), но при использовании разных партий модифицирующих лигатур одной и той же марки можно получать прочность литого чугуна с разницей до 40 % (σ_В от 500 до 700 и более МПа, Рис.2.). Поэтому в последнее время в технической периодической печати появился ряд публикаций, посвященных проблеме нестабильности и малой эффективности работы модификаторов [3].

<<...>>

В то же время уже два столетия известно и достаточно хорошо изучено явление наследственности в живой природе. Так, в 1859 году Ч. Дарвин обосновал фундаментальную теорию образования видов, изложив ее в труде «Происхождение видов путем естественного отбора». В этой работе, в частности, рассмотрено явление изменчивой и неизменчивой наследственности. Наиболее просто можно определить наследственность как присущее всем живым существам свойство быть похожим на своих родителей. Первое же понятие наследственности в чугунах, как считал знаменитый русский литейщик Рубцов Н. Н., было сформулировано Н. Бутеневым в 1835 году: «Каждый ученый трудится в своем месте, делает испытания над продуктами местными и нередко, если опыты его не сходятся с исследованиями других, почитает последние ошибочными, и через это и сам впадает в погрешность. Причина сему то, что не с надлежащей точки смотрят на дело: частное делают общим; свойства одного чугуна, известным способом выплавленного, распространяют на другие, полученные при других обстоятельствах». Как говорит в своей книге Никитин В. И. [4]: «В этом, очевидно, первом определении «наследственности», отмечается влияние чугунов различного происхождения на качество отливаемых изделий».

Постепенно накапливалась специалистами различных специальностей практическая информация о наследственности в сплавах. В соответствии с имеющимися у практиков средствами анализа эта была, в основном, информация о сохранении и передаче от исходной шихты до конечного изделия элементов структуры материалов. Установленные закономерности дали возможность автору [4] охарактеризовать явление структурной наследственности (ЯСН) как природное свойство сплавов, обеспечивающее материальную взаимосвязь между структурными признаками в системе “шихта – расплав – литое изделие".

Вернемся к явлению наследственности в живой природе. Рассматривая формы изменчивости, биологи говорят следующее. Развитие фенотипа организма определяется взаимодействием генотипа и фенотипа с условиями внешней среды, при этом изменяются признаки организма. Одни признаки очень пластичны и изменчивы, другие менее изменчивы, а третьи изменяются совсем незначительно. Форма изменчивости, не связанная с изменением генотипа, называется модификационной (по Дарвину - ненаследственной, или групповой). При этом наследуется не признак как таковой, а способность организма (его генотипа) в результате взаимодействия с условиями среды давать определенный фенотип, иначе - наследуется норма реакции организма на внешние воздействия.

Модификационная изменчивость отражает изменения фенотипа, не затрагивая генотипа. Противоположной ей является другая форма изменчивости - генотипическая, или мутационная (по Дарвину - наследственная, неопределенная, индивидуальная), меняющая генотип. Отдельные изменения генотипа называются мутациями. Понятие о мутациях было введено в науку голландцем де Фризом. Мутации (от лат. mutatio - изменение, перемена) – возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма. Мутация - основа наследственной изменчивости в живой природе.

Интересны еще два факта. Во-первых, большинство мутаций рецессивны,, то есть возвращаются в исходное состояние. И при сохранении условий обитания (внешних условий) существует равенство между количеством возникающих и рецессирующих мутаций (аналогично в неживой природе рассматривается равновесие в закрытой термодинамической системе). Во-вторых, в большинстве случаев истинные причины мутаций остаются неизвестными.

Проведя совместный анализ данных по явлению наследственности в живой природе и по структурной наследственности сплавов можно сформулировать некоторые мысли о наследственности сплавов:

1. Наследство сплава, определяющее его суть и способность реагировать на различные воздействия, формируется из всех материалов, участвующих в его синтезе, то есть технологическом процессе его изготовления (сплавлении, переплаве, осаждении и т.д.). Формирование наследства сплава начинается, вообще говоря, из бесконечной предыстории каждого его образующего материала (Рис. 3). Финальным этапом синтеза сплава является оценка полученных результатов синтеза и отбор по полученным признакам (его эксплуатационным свойствам).
2. Явление структурной наследственности сплавов есть одно из проявлений наследственности сплавов в способности сохранять элементы структуры сплава:
   • при старении,
   • при различных воздействиях на сплав, в том числе – тепловом воздействии вплоть до расплавления и, даже, некоторого перегрева,
   • при синтезе из него нового сплава.
3. Генная инженерия в живой природе и синтез сплавов есть действия одного явления природы.

Технологический процесс изготовления сплава, таким образом, есть действо генной инженерии (синтез сплава). Оно заключается в трансформации наследия всех участвующих в этом процессе отдельных материалов (отрицании, сложении и сочетании элементов наследств). То есть синтез сплавов есть искусство сохранения, усиления и передачи необходимой для каждого частного случая положительной и уменьшения вплоть до ликвидации отрицательной наследственности, проявляющейся в конкретных свойствах получаемого сплава.

Синтез сплава начинается с выявления значимых элементов наследства, «отражениями» которых можно в определённом допущении считать параметры материалов, регламентируемые техническими условиями и уточненные сертификатами. Именно этим определяется значимость корректности и полноты технических условий, а так же достоверности сертификатов на материалы.

Важными этапами синтеза сплава являются разработка и реализация технологии приготовления сплава от начала – выбора и подготовки материалов и до конца – окончания его кристаллизации.

Цели последующих обработок сплавов, включая охлаждение сплава непосредственно после кристаллизации, – получение определённых реакций материала (сплава), составляющих потребительские свойства продукта.

Особое внимание должно уделяться этапу оценки (доказательству) полученных результатов синтеза сплава и отбору (сортировке) по полученным признакам (эксплуатационным свойствам).

Таким образом, практическое значение понимания явления наследственности сплавов – возможность осознанного управляемого получения потребительских свойств конечных продуктов из сплавов путём их синтеза и определённой последующей обработки.

В живой природе под элементами наследства (генами) понимают определённые наследственные структуры, которые в совокупности образуют генотип особи, определяющий её фенотип, то есть набор характеристических свойств (форма, цвет, размер и т.п.). Возможно, генотипом отливки является вся макро и микроструктура, а генами – наиболее устойчивые элементы структуры? Что в таком случае – наиболее устойчивые элементы структуры?...>>

Здесь представлен отрывок статьи:

Панов А. Г. Роль и место модифицирования расплавов чугунов с точки зрения явления наследственности сплавов – Сб.докладов Литейного консилиума №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей» - Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006 - с. 7

Ознакомиться с полным текстом статьи в формате PDF; 1,29 МБ >>>

[на главную] | [новости] | [конференция] | [книги] | [статьи] | [патенты] | [вопрос-ответ] | [экология] | [персоны] | [предприятия] | [выставки] | [справочник] | [ссылки] | [реклама] | [галерея] | [форум] | [контакты]