Влияние положения на диаграмме состояния и вида диаграммы состояния на вязкость расплавов.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 19Следующая ⇒

Сопоставим вязкости сплавов при постоянной температуре. Металлы, обладающие значительными силами связи между атомами, то есть имеющие низкую температуру плавления и малую теплоту плавления, соответственно дают низкую вязкость.

Силы взаимодействия F_A_-_A≈ F_B_-_Bи поэтому действует закон аддитивности.

Формула Бачинского (1911г.)

С, B = const

– удельный объем расплава

В – удельный объем атомов твердого тела

В ≈

V_св = ( – свободный объем (суммарный объем дырок, образовавшихся при плавлении)

V_св =

– вероятность протекания процесса

U – энергия отрыва атома от твердого тела.

– формула Френкеля

Эвтектические сплавы обнаруживают минимальную вязкость вблизи эвтектического состава. Этот минимум связан с ослаблением сил связи между частицами при формировании рыхлой эвтектической структуры.

Гистерезис вязкости

Гистерезис вязкости заключается в том, что процессы нагрева и охлаждения не являются взаимно обратимыми и, следовательно. Не приводят к возращению структуры в исходное состояние.

ДП – дуговая плавка, ВДП – вакуумно-дуговая плавка, ЭШП – электрошлаковый переплав.

ДП → ВДП → ЭШП, в этом направлении склонность к гистерезису снижается. Это связано с тем, что в том же направлении увеличивается рафинирование расплава и поэтому гистерезис объясняют изменением содержания в расплаве взвешенных газовых и неметаллических включений.

Если включения всплывают или растворяются, тогда вязкость снижается и гистерезис в этом случае называется отрицательным.

– вязкость суспензии

– вязкость расплава

– объемное содержание включений в суспензии

k –коэффициент формы включений

В расплаве, при нагреве выше t* происходит перестройка структуры, которая при последующем охлаждении не восстанавливается и сохраняется в области низких температур, т.е. обнаруживается кластерный полиморфизм, аналогичный полиморфизму в твердых сплавах.

Возможность кластерного полиморфизма в жидкостях показывает, что структурные перестройки в расплаве протекают с конечной скоростью и эта скорость может быть меньше чем скорость металлургических операций, в результате чего при более низких температурах фиксируется неравновесная структура жидкости, которая при дальнейшей выдержке может быть возвращена к исходному состоянию.

Простая выдержка при постоянной температуре вызывает существенное изменение характеристик расплава, что связано с неравновесными явлениями, и изменение состояния неметаллических включений. Исследованиями установлено, что существует определенная корреляция между кинематической вязкостью и механическими характеристиками получаемых из них изделий, в частности ударной вязкостью и относительным сужением. Таким образом, меры по рафинированию и воздействию на структуру в жидком состоянии способны повлиять на свойства твердого металла. Один из механизмов этого влияния связан с проявлением неметаллических включений как основы для образования центров кристаллизации.

Влияние вязкости проявляется в следующих литейных процессах:

1) В зависимости от вязкости изменяются потери напора при таянии расплава в литниковых системах при заполнении формы. Это влияние особенно значительно при ламинарном режиме течения и мало проявляется при турбулентном характере.

2) Расплав проникает в межзерновые промежутки зернистого материала формы, образуя механический пригар. Расчеты показывают, что скорость фильтрации расплава между зернами смеси пропорциональна вязкости расплава, т.е. от его состава и температуры.

3) Неметаллические включения всплывают и удаляются из расплава со скоростью, которая обратно пропорциональна вязкости, и поэтому, чем больше вязкость, тем больше загрязненность неметаллическими включениями, которые не успевают всплыть при выдержке в ковше и в полости формы оторвавшиеся от поверхности под влиянием струи металла.

Плотность сплавов

Плотность является функцией раздела атомов, величины межатомных расстояний и структуры расплава, т.е. его свободный объем.

– объем дырки

– число Авогадро

– объем дырки

– энергия сублимации атома в условиях вакуума

Уравнение показывает, что с ростом температуры, увеличивается количество атомов переходящих в свободный объем, соответственно уменьшается количество атомов в кластерах и их размеры и это обеспечивает рост объема и температуры.

Под влиянием давления сокращается свободный объем жидкости и обеспечивается ее сжимаемость. Структурными параметрами этой жидкости является и .

Для многокомпонентных сплавов плотность не является аддитивной характеристикой поскольку структура жидкости является, как правило, микрогетерогенной и при смешении компонентов появляется положительный или отрицательный объемный эффект.

А-В

m – доля группировки атомов. При смешении происходит равнонаправленное изменение долей группировок.

Литейные процессы на которые влияет плотность:

1) Течение расплава определяется гидростатическим напором столба жидкости металла, поэтому в зависимости от плотности изменяется скорость течения и давление, оказываемое на стенки формы. Под влиянием этого давления в формах с недостаточным уплотнением происходит явление распора, особенно значительно в крупных отливках, где напор может достигать нескольких метров, из-за чего искажается геометрия отливки и ее масса.

2) Все теплофизические характеристики сплавов, в частности их теплоемкость и теплота кристаллизации входят в тепловой баланс в виде объемных величин сρ и ρ L. Таким образом, плотность существенно влияет на количество тепла выделяющегося при кристаллизации и отводимого в стенки формы.

3) Газовые пузырьки в расплаве образуются в том случае, если парциальное давление растворенных в металле газах превышает сумму давления на зеркале P_o, гидростатического напора ρ gh и капиллярной силы P_к.

В результате образования пузырей подавлено в нижней части формы и облегчено в верхних слоях, в результате создается неоднородное распределение газовых включений.

Поверхностные свойства

Межфазное натяжение

Межфазное натяжение является структурно-чувственной характеристикой, вследствие того, что силы взаимодействия между частицами в объеме расплава и на его поверхности очень различаются и создают условия на границе фаз.

Под действие равнодействующей, система стремится к уменьшению площади междуфазной границы, в результате чего, возникает межфазное натяжение.

Случай, когда расплав многокомпонентный, компоненты А и В обладают разными силами связи

Состав жидкой фазы на поверхности будет обогащен компонентом А. Межфазное натяжение в этой системе будет пониженное. Такие добавки, которые приводят к уменьшению межфазного натяжения, показывают поверхностно-активными веществами (ПАВ). Такими добавками являются щелочные и щелоччно-земельные металлы.

Введение добавок, которые обладают повышенной энергией связи по сравнению с основой, не оказывает влияние – инактивные добавки.

σ _гж – поверхностное натяжение жидкости. Оно зависит от состава и давления газов под поверхностью

В случае трехфазного равновесия:

σ _тг = σ _жг × cosѲ + σ _жг

Угол в трехфазной точке называется углом смачивания;

Если , то ; 0< < 90 – состояние смачивания твердой поверхности жидкостью

, ; 90< < 180 – жидкость не смаивает твердое тело

F₁= ρ hgπ r²

Если жидкость смачивает твердую фазу, тогда и возникает капиллярное поднятие – всасывание жидкости в капилляр. Чем меньше радиус капилляра, тем больше капиллярное всасывание. При несмачивании, капиллярные силы препятствуют проникновению жидкости в капилляр под действием силы тяжести.

Образование газовых пузырьков

Диаметр газовых пузырьков, которые существуют в расплаве, определяется равновесным давлением внутри пузырька и капиллярными силами стреящимся сократить радиус пузырька.

; ; ; ; ;

В двухфазной системе сферический пузырек имеет радиус зависимый от межфазного натяжения и давления внутри пузырька.

Если в металле растворено достаточное количество газов, чтобы превысить гидростатический напор и капиллярную силу, тогда образуется газовый пузырь.

Приведенное уравнение показывает, что в гомогенных условиях возникновение газовых пузырей невозможно, так как ему препятствует капиллярная сила при очень малых объемах. В жидкости всегда находятся включения, которые смачиваются расплавом, они служат подложкой для образования пузырька.

Капиллярные силы облегчают образование пузырька в гетерогенных условиях.

Условия образования газовых пузырей зависят от наличия в расплаве включений, смачиваемых расплавом. Межфазное натяжение играет определяющую роль в процессах формирования зародышей при кристаллизации.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒