Уральский государственный педагогический университет, Екатеринбург, Россия¹ ; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия²:

В. Е. Сидоров, главный научный сотрудник НОЦ «Расплав»¹, профессор², докт. физ.-мат. наук, эл. почта: vesidor@mail.ru

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; ИМЕТ УрО РАН, Екатеринбург, Россия²:
Л. Д. Сон, старший научный сотрудник Лаборатории неупорядоченных систем², профессор¹, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: ldson@yandex.ru

Приведен обзор результатов исследования структуры и свойств расплавов на основе железа, которые использовали для совершенствования технологий получения чугунов и сталей. Основное внимание уделено малоизученным примесным эффектам. Подробно рассмотрена конкуренция между ОЦК- и ГЦК-подобным локальным упорядочением. Приведен краткий обзор соответствующих экспериментальных данных и их теоретического обоснования. С методологической точки зрения наряду с прямым дифракционным исследованием структуры большой объем информации дают измерения таких физических свойств, как магнитная восприимчивость, удельное электросопротивление, вязкость, плотность. Например, магнитная восприимчивость вместе с удельным электросопротивлением составляет пару электронно-чувствительных свойств, которые позволяют оценить характер ближнего порядка в системе, распределение примесей и легирующие эффекты. В частности, можно в динамическом режиме определить, какая фаза появляется первой при кристаллизации; при этом обнаруживается, что в ряде случаев это метастабильная δ-фаза. Изучение всего комплекса свойств позволяет воздействовать на расплав, применяя малые добавки. Осциллирующий характер их влияния способствует достижению существенных эффектов при помощи малых изменений концентрации. Кроме того, появляется возможность управления структурой расплава и процессом первичной кристаллизации. Также представлены результаты расчета радиусов микрогруппировок вокруг атомов углерода в железе и электронных характеристик разбавленных сплавов Fe – C – O.

Работа проведена при поддержке РНФ (проект 21-13-00202).

1. Вертман А. А., Самарин А. М. Свойства расплавов на основе железа. — М. : Наука, 1969. — 280 с.
2. Гельд П. В., Баум Б. А., Петрушевский М. С. Расплавы ферросплавного производства. — М. : Металлургия, 1973. — 288 с.
3. Баум Б. А., Хасин Г. А., Тягунов Г. В. и др. Жидкая сталь. — М. : Металлургия, 1984. — 208 с.
4. Пастухов Э. А., Ватолин Н. А., Лисин В. Л. и др. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. — Екатеринбург : УрО РАН, 2003. — 353 с.
5. Баум Б. А. Металлические жидкости. — М. : Наука, 1979. — 120 с.
6. Еланский Г. Н., Еланский Д. Г. Строение и свойства металлических расплавов : учебное пособие для вузов. — М. : Юрайт, 2022. — 212 с.
7. Тягунов Г. В., Барышев Е. Е., Цепелев В. С. и др. Металлические жидкости. Стали и сплавы : монография. — Екатеринбург : Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина, 2016. — 268 с.
8. Попов Д. С., Вишкарев А. Ф., Хохлов С. В., Явойский В. И. Рентгенографическое исследование углеродистых расплавов на основе железа // Известия вузов. Черная металлургия. 1969. № 7. С. 120–125.
9. Слуховский О. И., Лашко А. С., Романова А. В. Структурные изменения жидкого железа // Украинский физический журнал. 1975. Т. 20. № 12. С. 1961–1967.
10. Базин Ю. А. Влияние температуры, химического состава и физических воздействий на структуру ближнего порядка и свойства металлических расплавов на основе железа и алюминия : дис. … докт. физ.-мат. наук. — Екатеринбург, 1992. — 340 с.
11. Сидоров В. Е. Примесные эффекты в 3d-переходных металлах при высоких температурах : дис. … докт. физ.-мат. наук. — Екатеринбург, 1998. — 311 с.
12. Говорухин Л. В. Удельное электросопротивление сплавов железа и никеля с хромом при высоких температурах : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Свердловск, 1985. — 186 с.
13. Шульгин Д. Б. Магнитная восприимчивость и строение сплавов на основе железа и никеля вблизи фазового перехода кристалл – жидкость : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Свердловск, 1989. — 145 с.
14. Ровбо М. В. Совершенствование технологии выплавки чугуна, жаропрочных и аморфных сплавов на основе исследования поверхност ного натяжения их расплавов : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Свердловск, 1991. — 223 с.

15. Архангельский Е. Л. Объемные характеристики жидких сплавов железа с хромом, скандием и бором: (По данным гамма – денситометрии) : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Екатеринбург, 1996. — 275 с.
16. Игошин И. Н. Кинематическая вязкость разбавленных жидких сплавов железа с 3d-переходными металлами : дис. … канд. физ.-мат. наук. — Свердловск, 1987. — 223 с.
17. Сон Л. Д. Статистические модели структуры и переходов в жидкости : дис. … докт. физ.-мат. наук. — Екатеринбург, 2007. — 228 с.
18. Berns H., Theisen W. Ferrous materials. — Springer, 2008. — 418 p.
19. Ahmeed M., Riedel E., Bähr R., Kovalko M., Volochko A., Nofal A. Ultrafine ductile and austempered ductile irons by solidification in ultrasonic field // International Journal of Metalcasting. 2022. Vol. 16. P. 1463–1477.
20. Menshikova S. G., Brazhkin V. V., Lad’yanov V. I., Pushkarev B. E., Suslov A. A. High-pressure phases in the Al86Ni6Gd4Tb2Er2 alloy // Lett. Mater. 2020. Vol. 10, Iss. 4. P. 433–438.
21. Zezhou Li, Shiteng Zhao, Ritchie R. O., Meyers M. A. Mechanical properties of high-entropy alloys with emphasis on face-centered cubic alloys // Progress in Materials Science. 2019. Vol. 102. P. 296–345.
22. Li H. X., Lu Z. C., Wang S. L., Wu Y., Lu Z. P. Fe-based bulk metallic glasses: Glass formation, fabrication, properties and applications // Progress in Materials Science. 2019. Vol. 103. P. 235–318.
23. Popel P. S. et al. Effect of heat treatment of a liquid alloy on its properties in the molten state and after amorphization // Russian Metallurgy (Metally). 2021. Vol. 2021, Iss. 2. P. 88–101.
24. Ryltsev R. E., Chtchelkatchev N. M. Deep machine learning potentials for multicomponent metallic melts: Development, predictability and compositional transferability // J. Mol. Liq. 2022. Vol. 349. P. 118181.
25. Русаков Г. М., Сон Л. Д., Леонтьев Л. И., Шуняев К. Ю. Структурный фазовый переход жидкость–жидкость в системе с примесью // Доклады Академии наук. 2006. Т. 411. № 4. С. 467–471.
26. Son L., Sidorov V. Bulat steel melting and local order in liquid Fe–C alloys // European Physical Journal: Special Topics. 2017. Vol. 226. No. 5. P. 1091–1095.