Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2

С использованием построенных полигональных диаграмм бинарных систем SiO₂-TiO₂ и Si-Ti проведён анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана, определяющий взаимосвязь оксидных и металлических фаз и условия их образования. На основе результатов исследования механизм...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Белов, Б.Ф., Троцан, А.И., Бродецкий, И.Л., Рябчиков, И.В., Кобец, В.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2015
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Новые литые материалы
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166779
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2 / Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, И.Л. Бродецкий, И.В. Рябчиков, В.С. Кобец // Процессы литья. — 2015. — № 5 (113). — С. 47-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-166779
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1667792020-03-03T01:25:50Z Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2 Белов, Б.Ф. Троцан, А.И. Бродецкий, И.Л. Рябчиков, И.В. Кобец, В.С. Новые литые материалы С использованием построенных полигональных диаграмм бинарных систем SiO₂-TiO₂ и Si-Ti проведён анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана, определяющий взаимосвязь оксидных и металлических фаз и условия их образования. На основе результатов исследования механизма жидко-твёрдофазного углетермического процесса установлены оптимальные составы компонентов шихтовых материалов и температурные интервалы выплавки сплавов силикотитана. З використанням побудованих полігональних діаграм бінарних систем SіО₂-TіО₂ і Sі-Tі проведено аналіз структурно-хімічного стану дуплекс-системи силікати-силіциди титану, що визначає взаємозв'язок оксидних і металевих фаз і умови їхнього утворення. На основі результатів дослідження механізму рідко-твердофазного вуглетермічного процесу встановлено оптимальні склади компонентів шихтових матеріалів і температурні інтервали виплавки сплавів силікотитану. The structurally-chemical analysis of the state duplex-system silicates-silicides of the titan by means of the built polygonal diagrammes of binary systems SiO₂-TiO₂ and Si-Ti is spent. The oxide and metal phases interconnection and a condition of their formation are defined. On the basis of results of research of the mechanism liquid-solid-phase carbothermic process optimum compositions of burden materials and temperature intervals of smelting al-loys silico-titan are offered. 2015 Article Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2 / Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, И.Л. Бродецкий, И.В. Рябчиков, В.С. Кобец // Процессы литья. — 2015. — № 5 (113). — С. 47-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166779 669.13:669.018.9 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые литые материалы Новые литые материалы
spellingShingle	Новые литые материалы Новые литые материалы Белов, Б.Ф. Троцан, А.И. Бродецкий, И.Л. Рябчиков, И.В. Кобец, В.С. Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2 Процессы литья
description	С использованием построенных полигональных диаграмм бинарных систем SiO₂-TiO₂ и Si-Ti проведён анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана, определяющий взаимосвязь оксидных и металлических фаз и условия их образования. На основе результатов исследования механизма жидко-твёрдофазного углетермического процесса установлены оптимальные составы компонентов шихтовых материалов и температурные интервалы выплавки сплавов силикотитана.
format	Article
author	Белов, Б.Ф. Троцан, А.И. Бродецкий, И.Л. Рябчиков, И.В. Кобец, В.С.
author_facet	Белов, Б.Ф. Троцан, А.И. Бродецкий, И.Л. Рябчиков, И.В. Кобец, В.С.
author_sort	Белов, Б.Ф.
title	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2
title_short	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2
title_full	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2
title_fullStr	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2
title_full_unstemmed	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2
title_sort	структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. сообщение 2
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Новые литые материалы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166779
citation_txt	Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана. Сообщение 2 / Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, И.Л. Бродецкий, И.В. Рябчиков, В.С. Кобец // Процессы литья. — 2015. — № 5 (113). — С. 47-55. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT belovbf strukturnohimičeskoesostoânieiklassifikaciâoksidnyhimetalličeskihfazsistemyželezokremnijtitankislorodanalizstrukturnohimičeskogosostoâniâduplekssistemysilikatysilicidytitanasoobŝenie2 AT trocanai strukturnohimičeskoesostoânieiklassifikaciâoksidnyhimetalličeskihfazsistemyželezokremnijtitankislorodanalizstrukturnohimičeskogosostoâniâduplekssistemysilikatysilicidytitanasoobŝenie2 AT brodeckijil strukturnohimičeskoesostoânieiklassifikaciâoksidnyhimetalličeskihfazsistemyželezokremnijtitankislorodanalizstrukturnohimičeskogosostoâniâduplekssistemysilikatysilicidytitanasoobŝenie2 AT râbčikoviv strukturnohimičeskoesostoânieiklassifikaciâoksidnyhimetalličeskihfazsistemyželezokremnijtitankislorodanalizstrukturnohimičeskogosostoâniâduplekssistemysilikatysilicidytitanasoobŝenie2 AT kobecvs strukturnohimičeskoesostoânieiklassifikaciâoksidnyhimetalličeskihfazsistemyželezokremnijtitankislorodanalizstrukturnohimičeskogosostoâniâduplekssistemysilikatysilicidytitanasoobŝenie2
first_indexed	2025-07-14T22:43:42Z
last_indexed	2025-07-14T22:43:42Z
_version_	1837664066782363648
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) 47 Новые литые матералы УДК 669.13:669.018.9 Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, И. Л. Бродецкий, И. В. Рябчиков, В. С. Кобец Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев НПО „Перспектива”, Запорожье СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОКСИДНЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-КРЕМНИЙ-ТИТАН-КИСЛОРОД. АНАЛИЗ СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДУПЛЕКС- СИСТЕМЫ СИЛИКАТЫ-СИЛИЦИДЫ ТИТАНА. Сообщение 2 С использованием построенных полигональных диаграмм бинарных систем SiO 2 -TiO 2 и Si-Ti проведён анализ структурно-химического состояния дуплекс-системы силикаты-силициды титана, определяющий взаимосвязь оксидных и металлических фаз и условия их образования. На основе результатов исследования механизма жидко-твёрдофазного углетермического процесса установлены оптимальные составы компонентов шихтовых материалов и темпе- ратурные интервалы выплавки сплавов силикотитана. Ключевые слова: структурно-химический анализ, полигональные диаграммы, дуплекс- системы, cиликаты, силициды, титан, сплавы. З використанням побудованих полігональних діаграм бінарних систем SіО 2 -TіО 2 і Sі-Tі проведено аналіз структурно-хімічного стану дуплекс-системи силікати-силіциди титану, що визначає взаємозв'язок оксидних і металевих фаз і умови їхнього утворення. На основі результатів дослідження механізму рідко-твердофазного вуглетермічного процесу встанов- лено оптимальні склади компонентів шихтових матеріалів і температурні інтервали виплавки сплавів силікотитану. Ключові слова: структурно-хімічний аналіз, полігональні діаграми, дуплекс-системи, cилікати, силіциди, титан, сплави. The structurally-chemical analysis of the state duplex-system silicates-silicides of the titan by means of the built polygonal diagrammes of binary systems SiO 2 -TiO 2 and Si-Ti is spent. The oxide and metal phases interconnection and a condition of their formation are defined. On the basis of results of research of the mechanism liquid-solid-phase carbothermic process optimum compositions of burden materials and temperature intervals of smelting al-loys silico-titan are offered. Keywords: structurally-chemical analysis, polygonal diagrams, duplexes-systems, silicates, silicides, titan, alloys. Ранее, в сообщении 1, нами проведён анализ структурно-химического состоя- ния оксидных и металлических фаз дуплекс-системы титанаты-титаниды желе- за с использованием построенных полигональных диаграмм состояния бинарных систем FeO-TiO 2 и Fe-Ti [1]. В настоящем сообщении проведён анализ структур- но-химического состояния (СХС-анализ [2]) дуплекс-системы силикаты-силици- ды титана с помощью полигональных диаграмм состояния SiO 2 -TiO 2 и Si-Ti, по- строенных разработанным графо-аналитическим методом [3], во всём интервале концентраций твёрдых и жидких исходных компонентов, что позволяет установить оптимальный состав шихтовых материалов и температурный интервал выплавки сплавов силикотитана. Силикаты титана Оксиды кремния (SiO 2 ) и титана (TiO 2 ) существуют в нескольких модификациях: кварц →тридимит→кристобаллит→стекло для SiO 2 и анатаз→брукит→рутил для TiO 2 , 48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) Новые литые материалы структурные переходы которых происходят в широком интервале температур. По- лигональная диаграмма состояния (ПДС) SiO 2 -TiO 2 (рис. 1), построенная для высо- котемпературных модификаций исходных компонентов – кристобаллита и рутила, включает последовательный ряд восьми промежуточных фаз: SiO 2 →4SiO 2 TiO 2 → →3SiO 2 TiO 2 →2SiO 2 TiO 2 →SiO 2 TiO 2 →SiO 2 2TiO 2 →SiO 2 3TiO 2 →SiO 2 4TiO 2 →SiO 2 6TiO 2 →TiO 2 и является системным классификатором компонентов шихтовых материалов для производства сплавов силикотитана. Область гомогенности кристобаллита 875- 1600, рутила 1200-1850 0С [4, 5]. Первичная промежуточная фаза SiO 2 TiO 2 (42,5/ 57,1; Т обр = 1200, Т пл = 1600 0С) разделяет диаграмму на две подсистемы исходных компонентов SiO 2 -SiO 2 TiO 2 и TiO 2 -SiO 2 TiO 2 , где образуются вторичные промежуточные фазы, в том числе две монотектики М 1 (4SiO 2 TiO 2 , 75,0/25,0; Т М = 1700 0С) и М 2 (SiO 2 4TiO 2 , 15,8/84,2; Т М = 1700 0С) на коноде купола при температуре несмешиваемости в интервале кон- Рис. 1. Полигональная диаграмма состояния системы SiO 2 -TiO 2 (вставка из [6]) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) 49 Новые литые матералы центраций 25,0-84,2 % TiO 2 с критической точкой М (SiO 2 TiO 2 ) при Т кр = 2150 0С. В отличии от других силикатных систем, в этом случае первичная промежуточная фаза (SiO 2 TiO 2 ), образующаяся при 1200 0С из рутила и тридимит, плавится конгруэнтно при 1600 0С, с образованием гомогенной жидкости (М М ), которая на коноде при 1700 0С образует купол несмешиваемости двух монотектических фаз М 1 и М 2 . На классической диаграмме [6] показана лишь одна эвтектика при 1550 0С с 10÷20 % TiO 2 и область расслоения на коноде 1780 0С при содержа- нии 20÷90 % TiO 2 . В табл. 1 приведена классификация силикатов титана, а в табл. 2 – структуриза- ция исходных компонентов первичной промежуточной (М) и монотектических (М 1 , М 2 ) фаз. Структурный тип представлен ионно-молекулярными комплексами двух типов – полигональные (ПГЯ) и полиэдрические ячейки (ПДЯ), геометрические па- раметры которых рассчитаны из квантово-механических и химических параметров в соответствии с радиально-орбитальной моделью электронного строения атомов (модель РОМ-атом [7]). ПГЯ – плоские двухмерные, ПДЯ – объёмные (трёхмерные) нанометрические элементы ответственны за структуру жидкого и твёрдого состоя- ния, которые сосуществуют в мононульмерном разупорядоченном жидком растворе и определяют тип кристаллической структуры в твёрдом теле. Полигональные ячейки исходных компонентов и промежуточных фаз являются комплексами со свободными химическими связями концевых атомов кислорода с зарядом 4-, тогда как ПДЯ – электро-нейтральные элементы с насыщенными химическими связями концевых атомов кислорода ПГЯ. Для монотектических фаз существуют только ПГЯ, так как в твёрдом состоянии эти фазы распадаются на ис- ходные компоненты, существующие только в твёрдом состоянии. Из приведённых результатов следует, что в качестве шихтовых материалов руднотермического процесса производства сплавов силикотитана оптимальными составами являются исходные компоненты, отвечающие смеси в области купола несмешиваемости при Т = 1700-2150 0С при жидкофазном (15,8-75,0 % SiO 2 ) или 20,0-69,2 % SiO 2 при Т = 1200-1700 0С для твёрдофазных восстановительных реак- ций, позволяющих получить сплавы заданного марочного состава. Силициды титана Сплавы силикотитана не сертифицированы и не имеют практического приме- нения. Однако для классификации и сертификации сплавов ферросиликотитана сплавы силикотитана относятся к базовым бинарным системам ферросилиция- ферротитана-силикотитана. Поэтому представляется целесообразной классифи- кация и оптимизация сплавов силикотитана для исследования условий образования комплексных сплавов системы Fe-Si-Ti. Системным классификатором сплавов силикотитана является ПДС бинарной системы Si-Ti, построенная графо-аналитическим методом во всём интервале концентраций твёрдых и жидких исходных компонентов. ПДС системы Si-Ti пред- ставлена на рис. 2, классификация сплавов – в табл. 3. Последовательный ряд про- межуточных фаз включает 9 интерметаллидов: Si→Si 12 Ti→Si 6 Ti(Э 1 )→Si 4 Ti→Si 2 Ti→ →SiTi→SiTi 2 →SiTi 3 →SiTi 4 (Э 2 )→SiTi 6 →Ti в отличие от классической диаграммы [8], в которой существуют лишь три эвтектики при 1330 0С и 1490 0С неустановленного состава и пять интерметаллидов: Si 2 Ti→SiTi→Si 4 Ti 3 →Si 3 Ti 5 →SiTi 3 (вставка на рис. 2), температуры образования и области гомогенности которых не установлены. Механизм рудно-восстановительного процесса получения углетермических сплавов силикотитана Механизм рудно-восстановительного процесса определяется структурно-хими- ческим состоянием шихтовых материалов. Для углетермического силикотитана в качестве шихтовых материалов выступают исходные компоненты – кварцит (SiO 2 ), рутил (TiO 2 ) и промежуточные оксидные фазы системы SiO 2 -TiO 2 (силикаты титана), а также углеродистые материалы. Термодинамический анализ процессов восста- новления углеродом кварцита и рутила [9] показывает, что механизм получения 50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) Новые литые материалы Л ин ей ны е с ис те м ы П ро м еж ут оч ны е ф аз ы хи м ич ес ки е ре ак ци и хи м ич ес ки е ф ор м ул ы У сл ов ны е об оз на че - ни я S iO 2, % м ас . S iO 2/Т iO 2 те м пе ра ту ра , 0 С об ра зо ва - ни я пл ав - ле ни я S iO 2- T iO 2 S iO 2+ T iO 2↔ S iO 2T iO 2 S iO 2T iO 2 1. 1 (C P ) 42 ,9 0, 75 12 00 н. д . 16 00 21 50 S iO 2-S iO 2T iO 2 2S iO 2+ S iO 2T iO 2↔ 3 S iO 2T iO 2 3S iO 2T iO 2 3. 1 (М /М 0 ) (3 С ) 69 ,2 2, 25 14 00 н. д . . - .** н. д . S iO 2T iO 2- 3S iO 2T iO 2 S iO 2T iO 2+ 3 S iO 2T iO 2↔ 2( 2S iO 2T iO 2) 2S iO 2T iO 2 2. 1 (2 С ) 60 ,0 1, 50 14 75 н. д . . - . н. д . S iO 2-2 S iO 2T iO 2 2S iO 2+ 2 S iO 2T iO 2↔ 4 S iO 2T iO 2 4S iO 2T iO 2 4. 1 (М 1) 75 ,0 3, 00 17 00 н. д . 17 00 н. д . Т iO 2-S iO 2T iO 2 2Т iO 2+ S iO 2T iO 2↔ S iO 23T iO 2 S iO 23T iO 2 1. 3 (3 Р ) 20 ,0 0, 25 14 00 н. д . . - . н. д . S iO 2T iO 2- S iO 23T iO 2 S iO 2T iO 2+ S iO 23T iO 2↔ 2( S iO 22T iO 2) S iO 22T iO 2 1. 2 (2 Р ) 27 ,3 0, 37 5 14 75 н. д . . - . н. д . T iO 2-S iO 23T iO 2 3T iO 2+ S iO 23T iO 2↔ S iO 26T iO 2 S iO 26T iO 2 1. 6 (6 Р ) 11 ,1 0, 12 5 16 00 н. д . . - . н. д . S iO 23T iO 2-S iO 26T iO 2 2( S iO 23T iO 2)+ S iO 26T iO 2↔ 3( S iO 24T iO 2) S iO 24T iO 2 1. 4 (М 2) 15 ,8 0, 18 8 17 00 н. д . 17 00 н. д . * н .д . – н е т д ан н ы х; ** .- . и н ко н гр уэ н тн о е п ла вл е н и е Та б л и ц а 1 . К л а с с и ф и ка ц и я с и л и ка то в т и та н а ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) 51 Новые литые матералы углетермических сплавов является многостадийным и сопровождается образова- нием карбидных фаз и летучих компонентов (СО, SiO и др.). Структурно-химическая реакция взаимодействия углерода и моносиликата ти- тана описывается схемой: Формульный состав СИМ – комплексы ( O – кислород, • – титан, ⊗ – кремний) стехиомет- рический структурный * полигональные ячейки / полиэдрические ячейки SiO2 (SiO4) 4- N = 5, S 0= 0,0104 Sпгя= 0,0158 нм2 a = 0,228 нм, b = 0,199 нм (Si4O8) 0 N =12,V0= 0,00067 Vпдя= 0,008 нм3 TiO2 (TiO4) 4- N =5, S 0= 0,0113 Sпгя= 0,056 нм2 c = 0,282нм, d = 0,208 нм (Ti4O8) 0 N =12, V0= 0,00075 Vпдя= 0,009нм3 SiO2TiO2 (M) (Si2Тi2O10) 4- N =14, S 0= 0,00137 Sпгя= 0,192 нм2 Lпгя= 0,844 нм a = 0,228 нм, b = 0,199 нм, d = 0,208нм, n = 0,214 нм (Si4Тi4O16) 0 N = 24, V0= 0,00139 Vпдя= 0,0333 нм3 4SiO2TiO2 (M1) (Si8Ti2O22) 4- N = 32, S0= 0,0151 Sпгя= 0,483 нм2 Lпгя= 2,038 нм b = 0,199 нм, k = 0,237нм, c = 0,233 нм SiO24TiO2 (M2) (Si2Ti8O22) 0 N = 32, S0= 0,0149 Sпгя= 0,477 нм2 Lпгя= 2,092 нм a = 0,228 нм, d = 0,208нм, n = 0,214 нм Таблица 2. Структуризация силикатов титана * S пгя , S 0 – общая и приведённая площади полигональной ячейки, соответственно; V пдя , V 0 – общий и приведённый объёмы полиэдрической ячейки, соответственно; N – число частиц в ячейке; L пгя – длина полигональной ячейки 52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) Новые литые материалы , когда полигональная ячейка (Ti 2 Si 2 O 10 )4- превращается в две ячейки, отвечающие составам оксикарбидов титана (Ti 2 С 2 O 4 ) и кремния (Si 2 С 2 O 6 ) с ионно-ковалентной химической связью или ионной, соответственно. При избытке углерода восстанав- ливаются оксикарбиды через последовательный ряд реакций: (Si 2 Ti 2 O 10 )4- + 4C → (Ti 2 С 2 O 4 )0 + (Si 2 С 2 O 6 )0 (1) (Ti 2 С 2 O 4 )0 + 4C → 2(TiС) + 4СO ↑ (2) (Si 2 С 2 O 6 )0 + 4C → 2(SiС) + 6СO ↑ (3) 2(TiС) + 2СO ↑ → 2Ti Me + 2С 2 O ↑ (4) 2(SiС) + 2СO ↑ → 2Si Me + 2С 2 O ↑ (5) 2Ti Me + 2Si Me → 2(SiTi) Me (6) ________________________________________________________ Σ: (Si 2 Ti 2 O 10 )4- + 14C → 6СO↑ + 4С 2 O↑ +2(SiTi) Me (7) Рис. 2. Полигональная диаграмма состояния сплавов Si-Ti (вставка из [8]) %мас. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) 53 Новые литые матералы Л ин ей ны е си ст ем ы П ро м еж ут оч ны е ф аз ы хи м ич ес ки е ре ак ци и хи м ич ес ки е ф ор м ул ы ус ло вн ы е об оз на че ни я S i, % м ас ./ ат ом ρ, г /м 3 те м пе ра ту ра , 0 С * м ар оч ны й со ст ав об ра зо ва - ни я пл ав - ле ни я S i- T i S i + T i ↔ S iT i 3( S iT i) → S i 2T i + S iT i 2 S iT i 1. 1 (C T ) 36 ,8 /5 0, 0 3, 69 90 0 н. д . 19 00 19 20 С 35 Т и6 5 S i- S iT i 3S i + S iT i↔ S i 4T i 2( S i 4T i) ↔ S i 6T i + S i 2T i S i 4T i 4. 1 (4 С ) 70 ,0 /8 0, 0 3, 00 11 00 н. д . 11 00 н. д . С 70 Т и3 0 S i- S i 4T i 8S i + S i 4T i↔ S i 12 T i S i 12 T i 12 .1 87 ,5 /9 2, 3 2, 62 12 50 н. д . . - . н. д . С 85 Т и1 5 S i- S iT i 5S i + S iT i↔ S i 6T i 4( S i 6T i) ↔ S i 12 T i+ 3( S i 4T i) S i 4T i 6. 1 (Э 1) 77 ,8 /8 5, 7 2, 79 13 00 н. д . 13 00 13 30 С 75 Т и2 5 S iT i- S i 4T i 2( S iT i) + S i 4T i↔ 3( S i 2T i) S i 2T i 2. 1 (2 C ) 53 ,8 /6 6, 7 3, 31 15 00 н. д . 15 00 15 00 С 50 Т и5 0 S iT i- T i S iT i+ 5 T i ↔ S iT i 6 S iT i 6 1. 6 (6 Т ) 8, 9/ 14 ,4 4, 57 11 00 н. д . . - . н. д . С 5Т и9 5 S iT i 6-S iT i 3S iT i 6+ 2 S iT i ↔ 5 (S iT i 4) S iT i 4 1. 4 (Э 2) 12 ,7 /2 0, 0 4, 22 13 50 13 30 13 30 13 30 С 10 Т и9 0 S iT i- S iT i 4 2( S iT i) + S iT i 4↔ 3 (S iT i 2) 2( S iT i 2) ↔ S iT i+ S iT i 3 S iT i 2 1. 2 (2 Т ) 22 ,6 /3 3, 0 4, 00 15 00 н. д . 21 00 21 30 С 20 Т и8 0 S iT i 2-S iT i 4 S iT i 2+ S iT i 4↔ 2( S iT i 3) S iT i 3 1. 3 (3 Т ) 16 ,3 /2 5, 0 4, 14 19 00 н. д . 19 00 н. д . С 15 Т и8 5 * ч и сл и те ль – р ас чё тн ы е , з н ам е н ат е ль – э кс п е р и м е н та ль н ы е д ан н ы е , н . д . – н е т д ан н ы х, ( .- .) – и н ко н гр уэ н тн о е п ла вл е н и е Та б л и ц а 3 . К л а с с и ф и ка ц и я с п л а в о в с и л и ко ти та н а 54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) Новые литые материалы Реакция (1) реализуется по выше приведённой схеме на первом этапе, реакции (2 и 3) – второй этап, (4, 5) – третий, (6) – четвёртый. Суммарная реакция (7) реа- лизуется в интервале температур 1600-2150 0С при соотношении масс шихтовых материалов (М Ш ), углерода (М С ) и металла (М Ме ), равных ~2:1:1. Полученный сплав содержит 36,8 % Si + 63,2 % Ti, что отвечает марочному составу С35Ти65. Механизм твёрдофазного углетермического процесса определяется структур- ным типом полиэдрической ячейки ионно-молекулярного комплекса, который для моносиликата представлен кристаллом кубической сингонии с заданными геоме- трическими параметрами (табл. 2). Последовательный ряд структурно-химических реакций включает: (8) или 4(SiO 2 TiO 2 )0 + 12С → 4СО ↑+ 4(TiC)4+ + 2(Si 2 C 2 O 6 )0 (9) 4(TiС)2+ + 4СO ↑ → 4Ti Me + 4С 2 O ↑ (10) (11) 4(SiC)2+ + 4CO↑→ 4Si Me + 4С 2 O↑ (12) 4Ti Me + 4Si Me → 4(SiTi) Me (13) __________________________________________________________ Σ: 4(SiO 2 TiO 2 )0 + 24C→8СO ↑+ 8С 2 O ↑+4(SiTi) Me (14) Реакция первого этапа (9) описывает схему структурных превращений моно- силиката в карбид титана и оксикарбид кремния (8), которые восстанавливаются твёрдым углеродом в атмосфере оксидов углерода (10-12). Реакция (13) описывает образование сплава марки С35Ти65. Суммарная реакция (14) материального балан- са реализуется при температурах 1200-1600 0С и соотношении М Ш : М С : М Ме ~ 2 : 1 : 1. Летучие компоненты углетермического процесса состоят из газообразных окис- лов углерода разной валентности: +1 для С 2 O и +2 для СО, которые образуются при металлизации карбидов титана и кремния через одно или двухэлектронные связи с атомарным кислородом. СИМ-комплексы полигонального типа (табл. 2) увеличива- ют число этапов в углетермическом процессе за счёт образования дополнительной промежуточной фазы – оксикарбида титана, тогда как полиэдрические ячейки ис- ключают этот этап. Кроме того, структурный тип исходных компонентов шихтовых материалов оказывает влияние на реализацию жидко- или твёрдофазного меха- низма в заданном интервале температур. Выводы Графо-аналитическим методом построены полигональные диаграммы состояния во всём интервале концентраций твёрдых и жидких исходных компонентов бинарных систем SiO 2 -TiO 2 и Si-Ti. Выполнен анализ структурно-химического состояния ду- плекс- системы силикаты-силициды титана, определяющий взаимосвязь оксидных и металлических фаз и условия их образования. На основе результатов исследования механизма жидко-твёрдофазного углетермического процесса установлены опти- мальные составы компонентов шихтовых материалов и температурный интервал выплавки сплавов силикотитана. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 5 (113) 55 Новые литые матералы 1. Белов Б. Ф. Структурно-химическое состояние и классификация оксидных и металлических фаз системы железо-кремний-титан-кислород. Сообщение 1. / Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, И. Л. Бродецкий, И. В. Рябчиков, В. С. Кобец // Процессы литья. – 2015. – № 2 (110). – С. 10-17. 2. Белов Б. Ф. Структуризация металлургических фаз в жидком и твердом состояниях / Б. Ф. Белов, А. И. Троцан, П. С. Харлашин // Изв. ВУЗов, ЧМ. – 2002. – № 4. – С. 70-75. 3. Белов Б. Ф. Методика побудови полігональних діаграм стану бінарних металургійних систем / Б. Ф. Белов, А. І. Троцан, П. С. Харлашин, Ф. С. Крейденко // Свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір. – ПА № 2825 від 29.02.2000 р. 4. Краткий справочник по химии / под ред. Член-корр. АН УССР О. Д. Куршенко. Наукова думка. – К. – 1974. – С. 228-230. 5. Добровольский И. П. Некоторые физико-химические основы синтеза хлоридной двуокиси титана / И. П. Добровольский, Л. М. Ленев, И. В. Антипов, Ю. Н. Назаров // Южно-Уральское кн. изд-во: Челябинск. – 1974. – 195 с. 6. Атлас шлаков: справочник / пер. с нем. – М.:Металлургия. – 1985. – 208 с. 7. Троцан А. И. О природе химической связи элементов в металлургических фазах / А. И Тро- цан, Б. Ф. Белов, П. С. Харлашин // Изв. вузов. ЧМ . – 2002. – № 4. – С. 60-64. 8. Хансен М.Структура двойных сплавов / М. Хансен, К. М. Андерко. – М.: Металлургиздат. – 1962. – 1608 с. 9. Рябчиков И. В. Кремнистые ферросплавы и модификаторы нового поколения. Производство и применение / И. В. Рябчиков, В. Г. Мизин, В. В. Андреев // Челябинск: ЮурГу. – 2013. – 295 с. Поступила 15.05.2015

Репозитарії

Схожі ресурси