Лекция 3. Современные представления о механизме модифицирования и леги­рования стали и цветных сплавов

Условия процесса затвердевания имеют решающее значение в формировании микро- и макроструктуры слитков и отливок, определяют их качество в отношении распростра­нения примесей, дендритной ликвации элементов сплава и возможных дефектов, часто наблюдаемых в практике производства металлов и сплавов.

Более подробные сведения о различных взглядах на процесс кристаллизации метал­лов и сплавов приведены в работах М. В. Мальцева, Н. С. Крещеновского и М. С. Сидо­ренко. Я. Е. Гольдштейна и В. Г. Мизина и др.

Принято рассматривать процесс кристаллизации как совокупность процессов само­произвольного (флуктуационная кристаллизация) и вынужденного (кристаллизация на примесях).

Теория кристаллизации Таммана не оправдывается на практике, когда кристаллиза­ция определяется прежде всего внешними условиями. Поэтому в производственных усло­виях даже для одного и того же металла при увеличении скрести охлаждения получается иногда укрупнение или же измельчение зерна. Это указывает на то, что более важным фактором, влияющим на размер зерна, являются внешние условия, а не количество центров и скорость кристаллизации.

Гудцов Н. Т. объясняет наличие в слитке нескольких кристаллических зон особенно­стями процесса затвердевания слитка - процесс кристаллизации идет не непрерывно, а с остановками. Причиной образования зоны столбчатых кристаллов в слитке считается на­правленность отвода тепла при затвердевании металла. Прекращением или замедлением отвода тепла стенками изложницы объясняют, на мой взгляд, без достаточных оснований остановку роста зоны транскристаллизации.

Однако ряд исследователей высказывают мнение, что одной направленности отвода тепла недостаточно для объяснения образования зоны транскристаллизации. Так, согласно К. В. Тагееву. развитие слоя столбчатых кристаллов зависит от величины перегрева ме­талла. Показано, что существенным фактором, влияющим на зону транскристаллизации, является образование воздушного зазора при отходе слитка от стенки изложницы и т. п.

Как видно из приведенного, общего мнения по вопросу условий, определяющих раз­витие столбчатой кристаллизации, не существует. Причиной этого может служить то, что наряду с вышеперечисленными факторами имеются внутренние, присущие кристаллизации металлов и сплавов в реальных условиях, которые способствуют образованнию и pазвитию зоны столбчатых кристаллов. Одним из наиболее существенных факторов является интервал кристаллизации.

Повышение качества деформированных полуфабрикатов из сплавов цветных металлов существенно зависит от уровня технологи приготовления расплава и литья слитков. Одной из главных характеристик уровня технологии является качество сип ков включающее степень чистоты по газовым и твердым неметаллическим примесям, структуру металла и обусловленную ими технологическую пластичность при горячей обработке давлением. В решении проблемы качества металла, над которой в течение многих лет работают коллективы заводов и институтов, достигнуты значительные успехи. Разработаны эффективные методы рафинирования и очистки расплава и проведены организационные и технические мероприятия по повышению качества металлов. Однако, непрерывный рост требований к качеству металла и разработка более точных методов оценки качества деформированных полуфабрикатов вызывают необходимость дальнейшего развития сис­тем обеспечения высокою уровня чистоты металла, позволяющие получить структуру с заданными характеристиками.

Важнейшее значение приобрела экономическая сторона технологических процессов. Наличие разнообразных по эффективности и различных по стоимости методов литья ста­вит задачу оптимального выбора средств очистки расплава для получения требуемою ка­чества металла с минимальными затратами. Нецелесообразно, например, применять вакуумирование, если требуемое качество металла по техническим условиям на полефабрикаты может быть достигнуто менее дорогостоящими средствами.

В связи с этим необходимо установление конкретных требований к качеству слитка в зависимости от марки сплава, размеров слитков, вида полуфабриката, технических условий и т. д. На основе требований к слитку, выраженных в цифровых показателях, назнача­ется оптимальная технология обработки расплава, обеспечивающая выполнение техниче­ских условий на полуфабрикаты по физико-механическим свойствам при максимальной производительности труда. Разработка конкретных параметров качества слитка необходима и для осуществления контроля слитков в литейном цехе с тем, чтобы увеличить вы­ход годного в обрабатывающих цехах.

Таким образом, проблема сводится к тому, чтобы объяснить происхождение всех разнообразных свойств, которые образуют понятие о структуре литого металла, и пока­зать, как эти структурные характеристики зависят от изменения физических и химических параметров процесса. Это должно подсказать пути изменения неудовлетворительной структуры в нужном направлении и указать, какие из факторов являются критическими и какие нет.

Структура литого металла, если это понятие употребляется в широком смысле, включает в себя металлографическую структуру (т. е. величину, форму, ориентацию и степень совершенства кристаллов), распределение в сплаве компонентов (т. е. макро- и микросегрегацию) и внутреннюю и внешнюю топографию металла (пористость, доброка­чественность, форму и отделку поверхности).

Основные факторы, порождающие различие в структурах отдельных литых сплавов,- химический состав и скорость затвердевания слитка. Чтобы быть более точным, в поня­тие состава следует включить газы, которые могут выделяться в процессе кристаллизации, и примеси, которые наряду с элементами, номинально входящими в сплав, могут способ­ствовать зародышеобразованию. Скорость кристаллизации также должна пониматься ши­роко, с учетом того факта, что отдельные участки металла затвердевают с разными скоро­стями и что расплав может и не быть неподвижным при затвердевании.

Таким образом, свойства конечного продукта определяются структурой, получив­шейся при затвердевании. Так, пористость, ликвация, нежелательная величина зерна или избирательная ориентация должны контролироваться при затвердевании, в противном случае они проявятся в конечной структуре. В слитках и заготовках образующаяся при затвердевании структура изменяется последующими деформацией и термической обра­боткой, что приводит к созданию новой структуры. Однако она не избавляет полностью от пористости или ликвидации, которые могут серьезно повлиять на свойства металла да­же после такой сильной деформации, как при прокатке листов. Решение использовать тол или иной процесс часто является компромиссным между требованиями экономики и тех­нической целесообразностью.

Современная металлургия широко использует действие малых добавок на свойства металлов; так называемое модифицирование. Обработка жидких сплавов небольшими до­бавками различных элементов приводит к изменению формы и размеров кристаллов, обеспечивающему улучшение механических и других свойств отливок. Значительные из­менения свойств при введении модификаторов и сложный характер физико-химических процессов, протекающих в сплавах, уже на протяжении ряда десятилетий привлекают внимание многих исследователей как отечественных, так и зарубежных.

Исследованию, и разработке теории модифицирования посвящено большое число ра­бот. Проблема, связанна с изучением механизмов модифицирования, весьма широка и имеет много аспектов. К настоящему времени в этом направлении проведены многочис­ленные исследования.

В начале 40х гг работы в области модифицирования развивались по следующим направлениям:

1. Введение специальных «затравок» в виде тугоплавких частиц, что искусственно увеличивает количество зародышей при кристаллизации (А. А. Банков . В. И. Данилов и др.).

2. Введение малых добавок поверхностно-активных элементов, которые, адсорбируясь на гранях кристаллов, создают своеобразный «барьер» между кристаллом и жидко­стью, препятствуя его росту (П. А. Ребиндер. В. К. Семенченко и др.).

3. Введение небольших добавок, оказывающих химическое воздействие на кристал­лизующее вещество, изменяя тем самым его природу и кристаллизационную способность (В. Д. Кузнецов и др.).

Результаты сводятся к положению двух возможных механизмов; воздействие моди­фикаторов на структуру металлов и сплавов вследствие образования высокодисперсных (иногда коллоидно-дисперсных) частиц, служащих зародышами, вокруг которых образу­ются и растут кристаллы (модификаторы 1 рода) и вследствие скопления атомов примесей на поверхности растущих кристаллов, понижающих скорость роста граней (модификато­ры II рода). Именно представление о сложности процессов, протекающих в этих случаях, и не дает возможности создать четкую модель превращения при кристаллизации металлов и сплавов, объясняющую разнообразие строения отливки или слитка.

Правомерность этого представления подтверждается таким фактом, что слитки после кристаллизации приобретают аномалии в строении, выражающиеся в отсутствии харак­терных трех зон. Так, например, структура нержавеющих сталей часто оказывается столб­чатой без центральной равновесной зоны и с незначительной или вовсе отсутствующей периферийной мелкозернистой зоной, тогда как в алюминиевых сплавах с хорошо из­мельченным зерном структура полностью равноосна.

В дальнейшем в целях уточнения и развития вышеустановленных гипотез М. В. Мальцевым и Е. М. Савицким в 60-х гг. были предложены рассматриваемые ниже теории модифицирования.

Так, по М. В. Мальцеву, сущность эффекта заключается в следующем:

1. Изменение свойств металлов и сплавов происходит только вследствие, изменения размеров и форм структурных составляющих. Последнее достигается путем введения в сплавы относительно малых количеств специально подобранных добавок (модификаторы I, II, III родов), которые вызывают измельчение литого зерна, а также изменение свойств.

2. изменение размеров первичных зерен (модификаторы I рода) к изменения их внутреннего строения (модификаторы II рода) и эвтектических составляющих (модификаторы III рода) происходит из-за адсорбции этих добавок на растущих гранях зерен и тор­можения их роста или вследствие проявления зародышевого действия добавок, частицы которой будут твердыми в жидком расплаве, и. удовлетворяя требованиям структурного и размерного соответствия (тип решетки и размеры элементарной ячейки добавок должны быть близки к этим характеристикам решетки кристаллизующегося сплава), становятся центрами кристаллизации, резко измельчая первичные кристаллы и изменяя внутренние строения эвтектик.

Разработанная теория модифицирования сводится к постулированию чисто механи­ческого воздействия модификаторов на свойства металлов и сплавов. Она не рассматрива­ет процесс микролегирования добавок и его влияния на развитие фазовых превращении в металлах и сплавах.

Е. М. Савицкий, изучая влияние поверхностно-активных элементов (модификаторов II рода), в частности РЗМ на структуру и свойства металлов и сплавов, предложил сле­дующие 12 механизмов действия микродобавок: измельчение зерна, рафинирование, об­разование новых фаз, изменение механизма пластической деформации, упрочнение сплава за счет легирования, повышение температура рекристаллизации, придание сплавам осо­бых физических свойств, стабилизация отдельных модификаций полиморфных металлов. Он считает также, что в ряде случаев влияние РЗМ на структуру и свойства промышлен­ных сплавов обнаруживается в виде совокупного действия нескольких перечисленных процессов.

Перечисленные эффекты действия модификаторов более широко раскрывают сущ­ность теории модифицирования и пополняют ее новыми элементами механизма влияния микродобавок на свойств металлов и сплавов. Однако и они не полностью объясняю! сложную природу влияния модификаторов на фазовые превращения, протекающие в ме­таллических сплавах в твердой фазе, способствующие проявлению необходимых физических и механических свойств.

В 70-х гг. Н. С. Крещановским и М. Ф. Сидоренко были проведены исследования в области модифицирования стальных фасонных отливок. На основании результатов собст­венных и других экспериментов ими предложены следующие механизмы модифицирова­ния стали:

1. Эффективность добавок зависит от рода модификатора и класса стали. Роль модификаторов при кристаллизации сводится к уменьшению работы образования за­родыша, повышению сто устойчивости и понижению скорости роста кристаллов.

2. Модифицирование стали приводит к гомогенизации расплава относительно легирующих элементов и очищению металла от неметатллических включений. Интенсивность удаления последних связана с изменением состава, размера и формы включений вследствие образования их при более высоких температурах.

3. Повышение устойчивости зародышей кристаллизации и адсорбции на поверхно­стях кристаллов поверхностно-активных элементов приводит к измельчению зерна, а так­же торможению диффузии элементов стали, что обусловливает изменение состава и перераспределение фаз.

4. Влияние поверхностно-активных элементов при вторичных превращениях в стали сводится к понижению термодинамического потенциала соответствующих частей системы и повышению их устойчивости, а следовательно, к уменьшению количества выделений вторичных фаз и к торможению процесса их коагуляции.

Высокая устойчивость твердого раствора при термической обработке и длительной эксплуатации за счет дисперсности выпадающих вторичных фаз обеспечивает повышение жаропрочных свойств материалов.

5)Природа модификатора и его оптимальное количество выбирается путем изучения поверхностного натяжения расплава на границе жидкость - газ.

Представления о модифицировании стати, предложенные Н. С. Крещановским и М. Ф. Сидоренко, подтверждают сложность физико-химического процесса влияния модифи­каторов II рода на характер кристаллизации и структуру литых сталей. При этом они ут­верждают, что из-за многокомпонентности химического состава сталей выбор модифика­тора и установление его оптимального количества в зависимости от его расположения в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева по методу обобщенных моментов или на основе термодинамических расчетов является неразрешимой задачей. Отметим, что выше рассматриваемая гипотеза по сути ничем не отличается от теории модифициро­вания сплавов, предложенных М. В. Мальцевым и Е. М. Савицким.

Она также не вносит ясность в механизм действия малых добавок и не полностью объясняет их влияние на основные физические, механические и технологические свойства изделий, получаемых путем различных способов обработки (литья, проката, термообра­ботки и т. д.).

Наряду с этим, развивается несколько иной взгляд на природу влияния модификато­ров в процессе кристаллизации с использованием положений о гетерогенном зародышеобразовании, распределении растворенного компонента, изменении концентраций жидко­сти перед кристаллизацией и других аспектов многофазной кристаллизации. Однако в этих исследованиях учитываются только те действия модификаторов, которые влияют на конечные свойства литых сплавов независимо от размера зерна, расстояния между денд­ритными ветвями, скорости охлаждения и формы, распределения и количества нераство­римых включении.

Недостаточность разработок существующих ныне гипотез по модифицированию подтверждается экспериментальными данными, указывающими на сильное влияние ма­лых добавок элементов па свойства сплавов без измельчения структуры. Так. А. А. Бочвар неоднократно отмечал исключительно высокую пластичность литых крупнокристаллитных_%1˃ слитков латуней Л62, Л68, Л70. В работе показано, что добавки церия измельчают структуру алюмиииево-марганцевых сплавов, но не улучшают их свойства. Более того. А. П. Чекмарев с сотрудниками приводит материалы об одинаковой пластичности крупно- и мелкокристаллического металла. Мы также систематически наблюдали высокую пла­стичность этих сплавов, несмотря на очень крупное литое зерно.

В 80-х гг. появились работы, развивающие идею А. А. Бочвара о том. что при за­твердевании бинарных металлических расплавов эвтектического состава в зависимости от особых температурно-концентрационных условий кристаллизации могут образоваться грубо- или тонкозернистые фазовые смеси. Так, Ю. Н. Таран считает, что вес эвтектиче­ские структуры сплавов можно разделить на три типа: структуры грубого конгломерата, колониальные структуры и тонкодиспергированные, отличающиеся между собой морфо­логическими особенностями.

А. А. Пресняков и др. показали возможность фиксации различных структур, соот­ветствующих определенным этапам эвтектической реакции распада жидкости, в зависи­мости от скорости охлаждения эвтектических сплавов при кристаллизации. Они считают, что различные по морфологии псевдоструктуры, фиксируемые в процессе кристаллизации сплавов, обладают определенной степенью, метастабильности.

Н П. Лякишев и Д. А. Литвиненко считают, что путем микролегирования элемента­ми III и IV групп Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, в частности нио­бием, ванадием и титаном, возможно повысить одновременно прочность и сопротивление хрупкому разрушению низколегированных и малоуглеродистых сталей. При введении микродобавок в количестве до 0.15 % в структуре стали образуются нитриды и карбиды (или карбонитриды). Они растворяются в твердом растворе при нагреве слитков и выпа­дают в виде самостоятельной дисперсной фазы при охлаждении. Эти процессы и состав­ляют основу механизмов упрочнения стали: измельчения зерна, дисперсионного тверде­ния и упрочнения твердого раствора.

Таким образом, обнаруживаемые различные по морфологии псевдоструктуры обу­словливают в сплавах протекание отдельных периодов стабилизации их в соответствую щих температурно-скоростных условиях, оказывая при этом существенное влияние на развитие аномалий свойств сплавов. Следовательно, эти данные позволяют трактовать роль модификаторов в сплавах несколько иначе по сравнению с рассмотренными выше гипотезами. Примеси могут влиять на скорость диффузионных процессов о сплавах. Так, было исследовано действие различных элементов на параметры диффузии в сплавах желе­зо - хром. Даже малые количества элементов значительно изменяют коэффициенты диф­фузии. По данным Р. Ф. Мейля. добавки свинца, олова и железа способствуют увеличе­нию, а марганца — уменьшению коэффициента диффузии цинка в латунях. К аналогич­ным выводам в отношении действия свинца и олова на диффузию цинка в α-латунях при­шел С. Д. Герцрикен с сотрудниками.

В работе показано, что свинец оказывает значительное влияние на прочность латуней в температурном интервале (20 — 800 °С), на микротвердость и электросопротивле­ние при отжиге и отпуске, а также на температурный ход электросопротивления. Кроме того, действие свинца на перечисленные свойства осуществляется посредством изменения кинетики фазовых переходов (α<->β и β'-»β).

Нами показана возможность управления аномалиями пластичности латуней, обу­словленными развитием фазовых переходов, путем создания сплавов определенной сте­пени метастабильности при введении малых добавок в нужном направлении.

В. И. Добаткин, А. Ф. Белов, Г. И. Эскин и др., исследуя процессы кристаллизации легких и жаропрочных никелевых сплавов, установили, что при создании в кристалли­зующемся расплаве тем или иным способом очень большого числа центров кристаллиза­ции можно управлять зеренной структурой отливки путем изменения скорости охлажде­ния. Обнаруженная закономерность расширяет существующие представления о механиз­ме образования недендритной структуры, о параметрах, определяющих размер зерна в ли­тых изделиях, открывает возможность для выявления новых способов управления вели­чиной зерна.

Рядом авторов предпринимались попытки прогнозировать поверхностную актив­ность (модифицирующее действие) присадок в металлах при помощи обобщенных моментов, атомных объемов, разности поверхностных компонентов. Однако, как отмечено в работе, перечисленные критерии являются эмпирическими и имеют ограниченное примене­ние. Экспериментальная проверю поверхностной активности присадок на границе раздела кристалл-расплав весьма затруднительна, поэтому ее оценивают косвенно, обычно по ве­личине изменения поверхностного натяжения на границах раздела расплав - вакуум (гаи. полагая, что поверхностная активность присадок аналогична на этих двух поверхностях раздела.

Поверхностную энергию на границе раздела кристалл - расплав оценивают 1акже расчетным путем по экспериментально-измеренным значениям переохлаждения.

Отметим, что данные о связи между поверхностной активностью или инативностью присадок в металле и соответственно наличием или отсутствием модифицирующего дей­ствия этих присадок часто неоднозначны и противоречивы. Так, по данным, индий и германий в олове и, по данным, бор в никеле инактивны, в то же время они оказывают моди­фицирующее действие. Кроме того, инактивны в молибдене бор и углерод, хотя эти присадке (особенно бор), согласно данным соответственно, эффективно измельчают структу­ру. Известно модифицирующее действие малых добавок натрия в алюминии и силу мине, а также бора в железе и статях. Однако данные о поверхностной активности этих присадок противоречивы. Так. согласно данным, натрий поверхностно активен в силумине, а по данным, - инактивен; бор в сталях является поверхностно-активным элементом и инактивным.

Таким образом, исходя из поверхностной активности или инактивности присадок не всегда можно оценить ее влияние на структуру металла - основа. Кроме того, «затравочный» механизм модифицирования перечисленных выше и других присадок, основанный на возникновении инородных центров кристатлизации, также представляется в ряде слу­чаев маловероятным.

Другие авторы модифицирующее действие ряда растворимых в жидкости присадок (с коэффициентом распределения К_с<1) объясняют оттеснением (выталкиванием) этих добавок растущими кристаллами из-за их различной растворимости в твердом и жидком металле и образованием концентрационного уровня присадок перед фронтом кристалли­зации независимо от их поверхностной активности. При этом появление концентрацион­ного переохлаждения имеет две особенности. Во-первых, оно при некоторых условиях может оказаться достаточным для независимого зарождения новых центров кристаллиза­ции перед движущимся фронтом кристаллизации, что приводит к измельчению размеров первичных кристаллов, т. е. модифицированию 1 вида по классификации М. В. Мальцева: во-вторых, концентрационное переохлаждение является причиной неустойчивости фронта кристаллизации и появления различных структур роста, в частности дендритной, следова­тельно, оно может способствовать измельчению внутреннего строения кристаллов (дендритов), т. е. приводить к модифицированию второго вида.

Авторы работы механизм модифицирования растворимыми присадками предлагают объяснять существованием обогащенного (или обедненного) слоя жидкости перед фрон­том кристаллизации (концентрационного уплотнения), возникающего в реальных услови­ях кристаллизации вследствие различной растворимости присадки в твердой и жидкой фа­зах металла - основы независимо от ее поверхностной активности.

В настоящее время механизм действия легкоплавких элементов, в частности, свинца и висмута при горячей" обработке давлением объясняется тем, что эти элементы образу ют с основным металлом легкоплавкие эвтектики, которые располагаются по границам зерен: при нагреве они расплавляются и нарушают связь между кристаллами. Поэтому считает­ся, что наличие свинца в α-латунях свыше 0,03 % делает невозможной их прокатку в го­рячем состоянии.

Вредное влияние легкоплавких примесей обусловлено их неблагоприятным распре­делением при кристаллизации и формировании структуры сплавов. Нейтрализовать вред­ное воздействие легкоплавких примесей, которые даже при отборе относительно чистых шихтовых и легирующих материалов при существующих методах выплавки в производственных условиях присутствуют в сплавах, возможно путем изменения распределения их в структуре сплава. Границы зерен должны быть свободны от примесей либо, если приме­си остаются на границах, их необходимо перевести в более тугоплавкие включения.

Такие изменения в структуре сплава можно получить воздействием щелочноземель­ных и еще лучше редкоземельных металлов, образующих с легкоплавкими примесями ту­гоплавкие химические соединения.

Известно, что положительные адсорбаты способны образовать в определенных усло­виях неравновесные сегрегации на границах полиэдрических зерен матричной фазы. Оче­видно, аналогичное явление, только выраженное несколько слабее, должно наблюдаться на границах блоков мозаики и внутри кристаллических фрагментов. Локализуясь в указанных участках структуры сплавов, адсорбционно-активные (горофильные) элементы понижают уровень пограничной свободной энергии, которая является избыточной по от­ношению к энергии внутренних объемов металла, благодаря снятию некоторой доли уп­ругих искажений решетки. Это понижение энергии связано с частичным восстановлением сил связи, характерных для регулярной атомной структуры.

В работе указывается, что равновесные сегрегации положительных адсорбатов должны возникать на границах раздела матрица - матрица, поскольку это обеспечит сис­теме большой термодинамический выигрыш по сравнению с тем, когда адсорбаты накап­ливаются на обшей грани частица - фаза выделения. Поэтому указанное обстоятельство позволяет во многих случаях пренебречь изменением свободной энергии на границах разноименных фаз. Так как микродобавками горофильных элементов уменьшают свободную энергию матрица - матрица, то происходит определенная степень сфероидизации погра­ничных прослоек второй фазы вследствие увеличения двухгранного угла контакта трех стыкующихся зерен.

Такие горофильные элементы, как церий, цирконий, бор и другие, способны разру -шить и сферодизировать не только пограничные выделения избыточной фазы в виде сет­ки, но и разветвленные эвтектические прослойки на границах зерен в сплавах ледебурит-ного класса. Процесс сфероидизации линейных пограничных прослоек второй фазы пол влиянием адсорбатов-модификаторов значительно легче протекает в предварительно де­формированных сплавах, так как в этом случае проявляется результат наследования ими полученных при деформации многочисленных дефектов кристаллической структуры.

Рассмотрены и обобщены результаты исследований механизмов и закономерностей влияния различного рода модификаторов, микролегирующнх добавок и практики их при­менения на формирование структуры, технологических и служебных свойств чугуна и стали различного состава и назначения.

Перечисленные гипотезы не объясняют четко целый ряд факторов и. в частности, не рассматривают активной роли малых добавок в связи с их влиянием на кинетику фазовых превращений в сплавах и проблему пониженной технологической пластичности. Вся со­вокупность фактов о протекании модифицирования свидетельствует о значительно слож­ном характере процесса.

Обзор имеющихся литературных данных по влиянию малых добавок РЗМ и щелоч­ноземельных металлов на структуру и свойства сплавов цветных металлов показывает, что в действиях малых добавок различных элементов на свойства сплавов на основе раз­ных металлов обнаруживаются характерные отличительные особенности: во-первых, при­садки РЗМ и кальция оказывают в основном влияние на прочностные свойства алюминия и его сплавов без изменения пластичности и электропроводности: во-вторых, малые кон­центрации РЗМ и кальция и редких металлов способствуют повышению прочностных свойств при относительно низких температурах, жаростойкости и жаропрочности магние­вых сплавов без существенного изменения пластичности; в-третьих, микродобавки РЗМ повышают прочностные свойства, термостойкость и незначительно изменяют электросопротивление и заметно уменьшают окисление никеля и его сплавов; в-четвертых, неболь­шие микродобавки щелочных и редкоземельных элементов способствуют в основном по­вышению пластических свойств сплавов на основе меди без существенного изменения прочностных характеристик.

Таким образом, имеющийся литературный анализ показал, что работы по микролеги­рованию медных сплавов редкоземельными (РЗМ) и щелочноземельными (ЩЗМ) метал­лами в целях улучшения структуры и свойств незначительны и освещены слабо. Несмотря на это, разностороннее влияние малых добавок различных элементов, в частности РЗМ и ЩЗМ. на свойства разных сплавов должно приниматься во внимание при разработке эф­фективных модификаторов для управления технологическими свойствами в нужном на­правлении.

В конце 20 века профессором, доктором технических наук Дуйсематиевым У.К. - ос­нователем подготовки инженеров в Республике Казахстан и Средни Азии по шифру клас­сификатора 050710 «Материаловедение и технология новых материалов» была предложе­на концепция физико-химической основы микролегирования промышленных медных сплавов. Сущность, которой заключается в следующем: суммарный эффект воздействия физико-химических процессов, совершающихся при микролегировании (модификатора­ми) в жидком состоянии (расплав) и при их кристаллизации, может быть причиной фазо­вых превращений уже в твердой фазе. С этой точки зрения для улучшения свойств мед­ных сплавов считает от эффективно микролегирование адсорбционно-активными элементами: церий и кальций.

При рассмотрении результатов микролегирования сплавов на основе меди У.К. Дуй семалиевым предложен комплексный подход, при котором воздействие микролегирую щих и легирующих элементов на свойства сплавов рассматривать на всех этапах произ­водства: литья, холодной и горячей обработки давлением, изготовления изделий и др. Не­обходимыми условиями обеспечения высоких технологических свойств деформируемых латуней и бронз являются: 1) использование процессов микролегирования редкоземель­ными (РЗМ) и другими элементами с целью рафинирования, проявляющегося как в уменьшении вредных примесей, так и в локальной очистке границ зерен от вредных при­месей; 2) модифицирование, проявляющееся как в сплаве в целом, так и в измельчении зерна; 3) твердорастворное легирующее действие микродобавок.

Механизм влияния малых добавок РЗМ и других металлов на свойства промышлен­ных медных сплавов является сложным и сводится к совокупности следующих процессов: рафинированию, модифицированию, твердорастворному легированию. При этом улуч­шение механических и технологических свойств (пластичности, деформируемости) про­мышленных латуней и бронз при микролегировании достигаются за счет различных факторов, действующих на разных стадиях производства: образования новых фаз, изменения развития зоны тепловой хрупкости и деформируемости сплавов, изменения кинетики процесса старения, развития сверхпластичности сплавов, изменения температуры начата рекристаллизации. Влияние же малых добавок наиболее полно проявляется при ком­плексном микролегировании двумя и более элементами, когда каждый из них вносит вклад в улучшение механических свойств сплавов.

В настоящее время, помимо традиционных способов модифицирование и легирования, наметилось новое направление управления свойствами выплавляемых сплавов. Это направление основывается на изучении стоуктурно-химических превращений в сплавах в жидком состоянии. Такие превращения связаны с существованием в металлических жид­костях ассоциаций атомов. Регулируя их скорости распада и образования с помощью спе­циальных режимов термообработки и охлаждения расплавов, влияют и на свойства за­твердевшего металла, пользуясь «наследственной» связью между строением жидких рас­плавов и свойствами твердых сплавов.