Теоретические основы металлургического производства
  1.1 Современные представления о строении расплавленного железа

Жидкое состояние вещества является промежуточным между газообразным и твердым его состояниями. Длительное время считалось, что жидкости по своим свойствам близки к газам. Однако, это положение справедливо лишь при температурах близких к температурам кипения.

В реальных сталеплавильных процессах металл имеет небольшой перегрев над температурой плавления. Например, при 1600оС перегрев расплава над температурой плавления железа составляет

tмет - tпл = 1600 - 1539 = 61 оС.

При этом разница между температурой кипения железа и температурой металла равняется

tкип - tмет = 2230 - 1600 = 1630 оС.

В этих условиях строение жидкого металла имеет определенное сходство со свойствами твердого железа. В пользу такого вывода свидетельствуют следующие результаты экспериментальных исследований:

  1. Значения изменения энтальпии и энтропии железа при плавлении малы в сравнении с изменением этих величин при испарении металла (Hпл = 15200 Дж/моль; Sпл = 8,24 Дж/(моль•К); Hисп = 352540 Дж/моль; Sисп = 115,5 Дж/(моль•К)).
  2. При плавлении объем металла увеличивается незначительно (для сталей на 4,9 – 5,1%).
  3. Теплоемкость металла при плавлении изменяется незначительно.
  4. Жидкий металл обладает сопротивлением сдвигу и упругостью, которые в обычных условиях недостаточно заметны из-за высокой текучести.
  5. Рентгеновскими исследованиями установлена неравномерность распределения частиц в жидком железе. При температурах, которые незначительно превышают температуру кристаллизации, жидкое железо обладает ближним порядком расположения частиц и характером межатомного взаимодействия примерно таким же, как и в твердом металле.
  6. Результаты исследования структурно-чувствительных свойств железа (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и др.) свидетельствуют о наличии изменений в строении жидкого металла.

Приведенные выше сведения позволяют предполагать наличие в жидком металле определенного ближнего порядка в расположении атомов. Этот ближний порядок распространяется на ограниченное число межатомных расстояний – около выбранного атома имеет место упорядоченное расположение отдельных атомов, напоминающее расположение их в различно ориентированных дисперсных кристаллах с линейными размерами порядка 10-7 см.

При наличии ближнего порядка в жидких металлах отсутствует периодичность расположения частиц на большом расстоянии, т. е. в них нет дальнего порядка, характерного для кристаллических тел.

С учетом этого предложен ряд теоретических моделей, основанных на квазикристаллическом подходе к описанию структуры жидких металлов. Они предполагают, что структурными единицами в них являются различного рода микрогруппировки атомов (сиботаксисы, кластеры, кванты структуры, квазикристаллы и др.), которые имеют упорядоченное строение с определенным ближним порядком расположения частиц.

  1.1 Современные представления о строении расплавленного железа
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ