кулястий графіт - маловивчена форма графіту. Відомо, що його присутність впливає на надання сірим чавунів властивостей сталей. Проведеними дослідженнями встановлено, що кулястий графіт є унікальною шарувато-спиралевидной системою мікро наноутворень, неоднорідною за фазовим складом, структурою і елементного складу з переважно періодичним чергуванням близьких шарів. Такі системи можуть володіти властивостями і їх поєднаннями, істотно іншими, ніж окремі мікро наночастинки і композити на їх основі. Висока відношення площі поверхні до об'єму в таких частинках, що варіюється насиченість зв'язків і змінна топологія вказують на перспективність вивчення фізичних, адсорбційних і каталітичних властивостей і створення ряду пристроїв на їх основі

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Анікін А. А., Веніг С. Б., Біленко Д. І., Грибов А. Н.


Spheroidal Graphite - Unique Morphological Formation of Carbon

Spheroidal graphite is little-known form of graphite. It is known that its presence affects the properties of gray cast iron post, typical steels. Research evidence that the spheroidal graphite is a unique layered spiral system of micro-and nanostructures, the inhomogeneous phase composition, structure and elemental composition with predominantly periodic alternation of closely spaced layers. Such systems can have properties and their combinations significantly different than the individual micro-and nanoparticles and composites based on them. The high ratio of surface area to volume ratio in these particles, varied richness of relationships and the topology of the variable point to their promise to study their physical adsorption and catalytic properties and a number of devices based on them


Область наук:

  • нанотехнології

  • Рік видавництва: 2012


    Журнал: Известия Саратовського університету. Нова серія. серія Фізика


    Наукова стаття на тему 'Кулястий графіт - унікальне морфологічний освіту вуглецю'

    Текст наукової роботи на тему «Кулястий графіт - унікальне морфологічний освіту вуглецю»

    ?Известия Саратовського університету. Нова серія. 2012. Т. 12. Сер. Фізика, вип. 2

    8. Блинкова. А., МозжілкінВ. В. Генерація різницевих схем для рівняння Бюргерса побудовою базисів Грёбнера // Програмування. 2006. Т. 32, № 2. С. 71-74.

    9. Gerdt V. P., Blinkov Yu. A., Mozzhilkin V. V. Grobner bases and generation of difference schemes for partial differential equations // Symmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications. 2006. Vol. 2.

    P. 26. URL: http: //www.emis.de/journals/SIGMA/ 2006 / Paper051 / index.html (дата звернення: 12.02. 2010).

    10. Gerdt V. P., Blinkov Yu. A. Involution and difference schemes for the Navier-Stokes equations // Computer Algebra in Scientific Computing / Lecture Notes in Computer Science. Berlin: Springer-verlag, 2009. Vol. 5743. P. 94-105.

    УДК 546.26

    Кулястим графітом -Унікальна морфологічні ОСВІТА ВУГЛЕЦЮ

    А. А. Анікін, С. Б. Веніг, Д. І. Біленко, А. Н. Грибов

    Саратовський державний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Кулястий графіт - маловивчена форма графіту. Відомо, що його присутність впливає на надання сірим чавунів властивостей сталей. Проведеними дослідженнями встановлено, що кулястий графіт є унікальною шарувато-спиралевидной системою мікро- і наноутворень, неоднорідною за фазовим складом, структурою і елементного складу з переважно періодичним чергуванням близьких шарів. Такі системи можуть мати властивості і їх поєднаннями, істотно іншими, ніж окремі мікро- і наночастинки і композити на їх основі. Висока відношення площі поверхні до об'єму в таких частинках, що варіюється насиченість зв'язків і змінна топологія вказують на перспективність вивчення фізичних, адсорбційних і каталітичних властивостей і створення ряду пристроїв на їх основі.

    Ключові слова: вуглець, графіт, кулястий графіт, високоміцний чавун, контейнер, властивості, склад, морфологія, будова.

    Spheroidal Graphite - Unique Morphological Formation of Carbon A. A. Anikin, S. B. Wenig, D. I. Bilenko, A. N. Gribov

    Spheroidal graphite is little-known form of graphite. It is known that its presence affects the properties of gray cast iron post, typical steels. Research evidence that the spheroidal graphite is a unique layered spiral system of micro-and nanostructures, the inhomogeneous phase composition, structure and elemental composition with predominantly periodic alternation of closely spaced layers. Such systems can have properties and their combinations significantly different than the individual micro-and nanoparticles and composites based on them. The high ratio of surface area to volume ratio in these particles, varied richness of relationships and the topology of the variable point to their promise to study their physical adsorption and catalytic properties and a number of devices based on them.

    Key words: carbon, graphite, spheroidal graphite, ductile iron, container, properties, composition, morphology, structure.

    Різноманітність властивостей, які притаманні вуглецю і його сполук, надзвичайно великий. Вуглець і містять його матеріали зустрічаються в незліченних процесах живої і неживої природи і служать об'єктами безперервних фундаментальних досліджень [1]. Однак до теперішнього часу в дослідженні морфологічних утворень вуглецю і їх впливу на різні процеси, і тим більше на управління цими процесами, залишається багато білих плям. До таких білих плям слід віднести графіт кулястої форми (ШГ). Даних про наявність ШГ в природі в літературі нами не виявлено. Графіт кулястої форми найчастіше пов'язують з отриманням високоміцних чавунів з такою формою графіту при модифікуванні їх магнієм, церієм, ітрієм, лантаном, неодимом, празеодимом і лигатурами на їх основі. Введення в розплав сірого чавуну, що має низькі фізико-механічні властивості, сотих часток відсотка модифікаторів перетворює останній в високоякісну сталь зі спеціальними фізико-механічними властивостями (зносостійкість, корозійна стійкість, жаростійкість і ін.). Наприклад, на рис. 1 представлено зміна механічних властивостей ферритного чавуну в залежності від кількості введеного модифікатора - ітрію - при вторинному модифицировании ферросилицием марки ФС 75.

    При цьому форма включень вуглецю в чавуні перетворюється з пластинчастої в кулясту (рис. 2) [2].

    © Анікін А. А., Веніг С. Б., Біленко Д. І., Грибов А. Н., 2012

    Мал. 1. Зміна механічних властивостей ферритного чавуну в залежності від кількості введеного ітрію при вторинному модифицировании 1% -ним феросиліцію марки ФС 75

    а б

    Мал. 2. Форма включень графіту в високоміцному чавуні: а - до введення ітрію; б - після введення 0.20% ітрію

    Дана обставина грає ключову роль у зміні фізико-механічних властивостей чавуну. Виробництво і використання високоміцного чавуну з ШГ в машинобудуванні, особливо натомість стали і чавунів легованих хромом, молібденом, вольфрамом, ванадієм та іншими елементами, в значній мірі визначають технологічність, економічну ефективність у виробництві і високі експлуатаційні властивості деталей, виготовлених з такого чавуну. А це, в свою чергу, призводить до зниження споживання дефіцитних матеріалів і витрат праці, а також сприяє збереженню екологічної чистоти природи [3].

    Слід зазначити, що не всі питання технології виробництва високоміцного чавуну з ШГ досить розроблені. Відсутність загальноприйнятого механізму утворення ШГ, як і детальних зв'язків між технологічними факторами, освітою і властивостями ШГ і характеристиками металу пояснюються не тільки складністю і многопараметровой процесів, але і в чималому ступені недостатністю знань про сам ШГ. Наприклад, поряд робіт [4-6] встановлено, що зміна кулеподібності частинок може відображати суттєва зміна його функціональних характеристик, однак причини таких змін та зв'язків практично не вивчені.

    фізика

    19

    Известия Саратовського університету. Нова серія. 2012. Т. 12. Сер. Фізика, вип. 2

    В ході проведених нами досліджень встановлено, що ШГ є шарувато-спиралевидной системою мікро- і наноутворень, неоднорідною за фазовим складом, структурою і елементного складу з переважно періодичним чергуванням близьких шарів. Це ілюструється на рис. 2, 3, де представлені

    характерні електронно-мікроскопічні зображення частки ШГ в зразку чавуну, легованого ітрієм, до і після травлення іонами аргону. Видно (див. Рис. 3), що кулястий графіт не однорідний, має кілька зон, відмінних один від одного як за будовою, так і за властивостями і складом.

    а б

    Мал. З. Фрактограмми включення кулястого графіту (скануючий електронний мікроскоп MIRA (TESCAN): а - на зламі зразка; б - внутрішня будова включення кулястого графіту після іонного

    травлення аргоном

    Такі системи можуть мати властивості і їх поєднаннями, істотно іншими, ніж окремі мікро- або наночастинки і звичайні композити на їх основі. Безсумнівний інтерес представляє те, що порівняно малі зміни властивостей таких частинок, наприклад їх кулеподібності, істотно впливають на властивості композиту навіть при їх малій концентрації.

    Як показують дослідження, унікальність ШГ не вичерпується його використанням в металургії при виробництві високоміцних чавунів. Кулястий графіт в різних технологіях може використовуватися, наприклад як контейнер для зберігання газів, зокрема, водню. Поєднання незвичайних механічних, електронних і електродинамічних властивостей можуть стати основою ряду інших примі лень.

    Проведені на даний момент дослідження ШГ показали, що для пояснення причин його виникнення в високоміцному чавуні, вдосконалення технології його виробництва, розробки нових способів його отримання, визначення областей його використання

    необхідно провести комплексні дослідження, зокрема дослідження розподілу хімічного складу за обсягом, особливостей будови, термодинаміки і кінетики утворення зон і їх властивостей.

    Список літератури

    1. Убеллоде А. Р., Льюїс Ф. А. Графіт і його кристалічні сполуки / пер. з англ. Е. С. Головіна, О. А. Цуханова. М.: Мир, 1965. 257 с.

    2. Анікін А. А. ітрієві чавун. М.: Машинобудування, 1976. 94 с.

    3. Ковалевич Е. В. Екологічно безпечна технологія отримання чавуну з кулястим графітом // Ливарне виробництво. 2010. № 12. С. 2-5.

    4. Ledbetter H., Datta, S. Cast Iron Elastic Constants: Effect of Graphite Aspet Ratio // Z. Metallkd. 1992. Vol. 83, № 3. P. 195-198.

    5. Pundale S. H., Rogers R. J., Nadkarni G. R. Finite Element Modelling of Elastic Modulus in Ductile Irons: Effect of Graphite Morphology // AFS Trans. 2000. № 98-102. P. 99-105.

    6. Li J., Lu L., Lai, M. O. Quantitative Analysis of the Irregularity of Graphite Nodules in Cast Iron // Materials Characterization. 2000. Vol. 45. P. 83-88.

    2Q

    науковий відділ


    Ключові слова: ВУГЛЕЦЬ /ГРАФИТ /кулястим графітом /ВИСОКОМІЦНИЙ ЧАВУН /КОНТЕЙНЕР /властивості /СКЛАД /МОРФОЛОГІЯ /БУДОВА /CARBON /GRAPHITE /SPHEROIDAL GRAPHITE /DUCTILE IRON /CONTAINER /PROPERTIES /COMPOSITION /MORPHOLOGY /STRUCTURE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити