Современные представления о строении металлической жидкости
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
глерода от 2,2 до 4,6% выявлено наличие трех областей структурных аномалий и концентрационное структурное превращение в области содержаний углерода от 3,85 до 4,4%.
Б.А. Баум и Г.В. Тягунов [7] изучили влияние обработки аргоном на физико-химические свойства жидких сталей. При этом установлено, что в результате продувки аргоном повышаются кинематическая вязкость, поверхностное натяжение и плотность жидких сталей. Это свидетельствует о повышении однородности расплавленных сталей в результате их рафинирования инертным газом.
Итак, строение металлов в жидком состоянии характеризуется микронеоднородностью. Рентгенографические и нейтронографические исследования показали, что расстояние, в пределах которого сохраняется ближний порядок в жидкости, составляет около 2 нм.
Ершовым Г.С. были проведены опыты по термовременной обработке жидкого сплава и изучению влияния этого процесса на механические свойства литого и термообработанного металла. При повышении температуры плавки до 900 значительно измельчалось зерно литого металла и возрастали его механические свойства.
В.К. Григорович [8] считает, что при температуре около 800 гранецентрированная кубическая решетка алюминия размазывается и первое координационное число уменьшается до 9. При этом ближний порядок может перестроиться в объемноцентрированную кубическую конфигурацию. Э.А. Пастухов и Н.А. Ватолин [9] на основании проведенных ими рентгеноструктурных исследований на жидком алюминии склонны считать, что температура перехода г.ц.к в о.ц.к. решетку составляет 809,5. Г.Г. Крушенко нашел, что при 800 скачкообразно меняется величина магнитной восприимчивости жидкого алюминия.
В.И. Никитин [10] экспериментально обнаружил, что очень эффективным способом изменения структуры твердых металлов и расплавов является деформация шихты перед загрузкой в печь. Это позволяет изменить состояние и структуру расплава и тем самым воздействовать на процесс кристаллизации и структуру готового металла. Благодаря этим мероприятиям уровень пластичных свойств силуминов В.И. Никитину удалось повысить в 2-3 раза.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства
Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и диффузионные характеристики металлических расплавов являются структурно чувствительными свойствами. Действительно, объемные изменения металлов и сплавов при плавлении и полиморфных превращениях, температурная зависимость объемного расширения металлических расплавов непосредственно связаны с изменениями в структуре ближнего порядка. В частности, изменения плотности металлов при плавлении и последующем нагреве отражают изменения координационного числа и величин межатомных расстояний.
Согласно измерениям, выполненным с использованием проникающего g-излучения, плотность жидких железа, кобальта и никеля изменяется с ростом температуры по линейному закону:
;
;
.
Плотности расплавленных железа, никеля, кобальта и марганца при разных температурах показаны на рис. 2.
Рис. 2
Для железа выявлен четко выраженный излом политермы плотности при температуре 1660, в то время как при исследовании жидких образцов никеля, марганца и кобальта подобных изломов не обнаружено. Это объясняется протеканием полиморфных превращений в жидком железе, вызывающих изменение объема и плотности расплава.
Легирование железа в зависимости от физико-химических характеристик присаживаемого элемента сопровождается образованием в расплаве тех или иных кластеров с различным периодом их устойчивости. Это, естественно, отображается и на плотности жидкого железа.
С.П. Казачков, Н.М. Кочегура и Е.А. Марковский исследовали плотность алюминия в широком диапазоне температур при различных агрегатных состояниях в зависимости от температуры перегрева, продолжительности кристаллизации и выдержки в расплавленном состоянии. Мерой изменения плотности металла служил поток ослабленного g-излучения. С повышением температуры плотность монотонно уменьшается для твердых и жидких металлов, а в момент плавления последних происходит скачкообразное снижение их плотности. Однако для одного и того же значения температуры плотность расплава имеет различные значения при нагреве и охлаждении, иными словами наблюдается температурный гистерезис плотности для чистых металлов. Это связано с необратимыми изменениями структуры расплава при нагреве. Возможности радиоизотопного метода позволили изучить изменение плотности непосредственно в процессе плавления свинца и установить циклическое изменение ее при этом.
По мере развития процесса плавления амплитуда колебания плотности уменьшается.
П.С. Харлашин и Г.Д. Молонов методом большой капли исследовали влияние мышьяка на плотность и поверхностное натяжение жидкого железа. Из полученных экспериментальных данных видно, что мышьяк в расплавленном железе обладает высокой поверхностной активностью и приводит к заметному снижению его плотности.
Рис. 3. Изменение плотности свинца в процессе плавления
Зависимость поверхностного натяжения жидкого железа при 1600 от концентрации мышьяка описывается уравнением
,
где - мольная доля мышьяка в расплаве.
Н.С. Косилов, Б.А. Баум и Г.В. Тягунов экспериментально определили плотность жидких сплавов системы Fe-Ni методом проникающего -излучения. Значения плотности, полученные при нагреве сп