Перспективным направлением улучшения свойств конструкционных листовых материалов считается их размол. Промышленные сплавы в литом состоянии состоят из зерен, размер которых составляет свыше 100 мкм. Использование метода холодной деформации с дальнейшим рекристаллизационным отжигом, термообработкой, основанной на фазовом превращении и термомеханической обработке, позволяют выполнить измельчение зерна до размера 1 – 10 мкм. Достижение высокой степени деформации дает возможность произвести размол металлических материалов на частички наноразмеров.
Каковы цели измельчения зерна?
Измельчение стали позволяет одновременно повысить её:
- прочность;
- вязкость;
- хладостойкость.
Потому, по мере уменьшения размеров зерна увеличивается вязкость разрушения. Их параметры влияют на предел текучести и сопротивление сколу. Соответственно с уменьшением размеров возрастает сопротивляемость сколу. Процесс течения стали зависим от среднего расстояния, на которые происходит перемещение дислокаций, до того, как они заблокируются у границ зерен. В случае более мелкозернистой структуры повышается плотность дислокаций и происходит уменьшение длины их пробега, что способствует повышению вязкости стали.
Виды дробилок для размола
Твердые материалы измельчаются в спецмашинах – дробилках, которые бывают:
- Щековыми.
- Конусными.
- Дисковыми.
Каждый вид данного оборудования обладает своими преимуществами и недостатками, поэтому его необходимо выбирать в зависимости от поставленной задачи.
Технология измельчения
Промышленные углеродистые стали можно измельчить до зерен размером десять микрометров, а у оптимально микролегированной марки они могут достигать около 6 мкм. В условиях лаборатории размол зерна до одного микрометра достигнут в низкоуглеродистых сталях.
Измельчение зерна структуры стали осуществляется по изобретенному и запатентованному методу, включающему введение в состав плавки металла добавок в виде стального порошка с тем же химическим составом, который у выплавляемой стали, шаржированной тугоплавкими наночастицами. Количество последних определяется по заданным размерам зерен структуры стального материала после того, как проведена кристаллизация.
Затем определяется объём наночастиц, исходя из количества порошка стали, учитывая возможность его расположения на пятидесятипроцентной поверхности частичек стального порошка, толщина которого равна одному линейному размеру. Выполнение данного технологического процесса производится в индукционной печи.
Оценка результата измельчения
Оценивание качества и эффективности размола стали производится по таким основным критериям:
- степень измельчения;
- удельная энергоёмкость процесса;
- удельная нагрузка на использованное оборудование.
Степень измельчения характеризует изменение соотношения вновь сформированной площади в результате размола, к площади измельчаемого материала, который был первоначально.
