Современные представления о строении металлической жидкости
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?тки газа, в атмосфере которого проводили опыт, и скорости его пропускания.
Аномалии на политермах плотности и поверхностного натяжения в жидких металлических сплавах В.И. Кононенко и А.Л. Сухман связывают с полиморфными превращениями, происходящими в структуре ближнего порядка исследованных растворов, т.е. в микрогруппировках.
Ю.А. Минаев и В.А Новожонова [12] исследовали поверхностное натяжение бинарных расплавов железа, кобальта, марганца и никеля. Рассмотрим эти данные:
Для системы Fe-Ni при 155010,90,80,70,50,30,1018601810178017701750173017301680Для системы Fe-Mn 155010,90,80,50,40173014801340120010701030Для системы Сo-Si при160010,80,60,40,20180016551420980775718
Расчет поверхностной энергии металлических сплавов на основе теории регулярных растворов позволяет получить величины близкие к экспериментальным.
С.Н. Задумкин [13] определил поверхностное натяжение d-переходных металлов в твердом состоянии при температуре, близкой к температуре плавления, и сопоставили полученные данные с поверхностной энергией этих элементов в жидком состоянии. Найденные результаты приведены в таблице.
МеталлNb27702470602210542010Ta32692980802480702150Cr21762020502090201590Mo28302610702630502050W36503460802690222210Co17681650402424231880Ni17281760401940461770Pt20431940401950251740
Эти сведения представляют большой интерес при анализе процесса плавления металлов и связи их строения и свойств в твердом и жидких состояниях.
При производстве стали посредством передела чугунов из керченских руд, содержащих мышьяк, необходимо исследовать особенности поведения последнего в жидком железе. Опыты показали, что мышьяк в жидком железе обладает высокой поверхностной активностью. Горофильное поведение мышьяка в жидком железе в некоторой степени аналогично таковому для фосфора, однако поверхностная активность мышьяка меньше активности фосфора.
Влияние селена и теллура на поверхностное натяжение металлов группы железа впервые было изучено Ю.В. Свешниковым и В.А. Калмыковым [14]. Селен и теллур все более широко применяются при производстве сталей и сплавов с целью улучшения их обрабатываемости. Опыты показали, что наиболее сильное уменьшение поверхностного натяжения расплавов железа, кобальта и никеля наблюдается при концентрациях селена и теллура до 0,1, а дальнейший рост их концентрации приводит к незначительному и плавному снижению поверхностного натяжения исследованных расплавов. Поверхностная активность селена в расплавах уменьшается в ряду от железа к кобальту и никелю. Величина максимальной адсорбции селена в железе, кобальте и никеле составляет соответственно 14,7, 13,7 и 12,52. Поверхностная активность теллура оказалась несколько ниже, чем у селена. При температуре 1550 изотермы поверхностного натяжения жидкого кобальта в зависимости от концентрации селена и теллура описываются следующими уравнениями:
С.И. Попель и Б.В. Царевский [15] впервые исследовали совместное влияние кислорода и серы на поверхностное натяжение жидкого железа. Результаты измерения поверхностного натяжения расплавов тройной системы Fe-O-S свидетельствуют о взаимном усилении капиллярной активности кислорода и серы. Как сера, так и кислород интенсивнее понижают поверхностное натяжение жидкого железа при совместном присутствии с ним. При одновременном присутствии в железе кислорода и серы поверхностное натяжение оказывается меньше, чем в присутствии такой же концентрации одного из них. В частности, поверхностное натяжение жидкого железа, содержащего 0,004 и 0,004, на 200 меньше, чем расплава с и 0,008 и на 350 меньше, чем расплава 0,008. Сера и кислород взаимно усиливают поверхностную активность друг друга примерно на порядок. Вообще истинная поверхностная активность серы и кислорода в жидком железе значительно ниже определяемой экспериментально, так как всегда имеется остаточная концентрация этих элементов, усиливающая действие их, аналогично могут действовать и другие примеси.
Также они исследовали с использованием метода Е.Г. Швидковского кинематическую вязкость чистых железа, никеля, кобальта и марганца в довольно широком диапазоне температур. Вязкость никеля, кобальта и марганца монотонно убывает с ростом температуры, а на кривой, характеризующей вязкость железа, в области температур 1620-1640 наблюдается некоторая аномалия. Ряд авторов склонны считать этот факт подтверждением происходящих в жидком железе структурных превращений. Однако прямых доказательств полиморфизма пока нет.
Явление скачкообразного изменения кинематической вязкости может быть объяснено с позиций микронеоднородного строения жидких металлов. Согласно этой модели расплава, при небольших перегревах над точкой плавления имеются микрогруппировки с расположением атомов, близким к таковому в твердых металлах, и зоны активированных атомов с более хаотическим расположением последних. Жидкое железо вблизи имеет расположение атомов в кластерах, близкое к таковому в твердом железе с -подобной структурой. В интервале температур 1620-1640 жидкое железо с -подобной структурой, по-видимому, переходит к -подобной структуре.
Приведенные рассуждения показывают, что величина скачка кинематической вязкости расплавленного железа и температура, при которой он происходит, различны в зависимости от легирующего элемента, присаживаемого в жидкое железо. Это свидетельствует о некоторой аналогии во влиянии легирующих элементов на температуру и характер полиморфных превращений в твердом и жидком железе. В процессе легирования тем или иным элементом железа следует стремиться к тому, чтобы тип решетки присаж?/p>