Современные представления о строении металлической жидкости
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ваемого металла соответствовал типу решетки легируемого жидкого металла. Это способствует повышению однородности расплавов и получаемых из них готовых металлов. Изотермы кинематической вязкости жидкого железа с различным содержанием легирующих элементов свидетельствует о том, что хром, вольфрам, молибден, ниобий, титан и ванадий повышают вязкость этого металла, а кобальт, никель, кремний и марганец снижает её.
Линейный ход вязкостных зависимостей для исследованных систем вполне соответствует тому обстоятельству, что бинарные расплавы железа с данными легирующими присадками близки по своим термодинамическим свойствам к идеальным растворам. На распределение легирующих элементов между структурными составляющими жидкого железа большое влияние оказывает величина растворимости их в кластерах и силы межатомного взаимодействия в расплавах железа с легирующим элементом.
Вполне логично предложение В.Р. Кригера и Л.И. Леви учитывать при анализе влияния элементов на вязкость жидкого железа разницу в размерах атомных радиусов железа и присаживаемой добавки. Например, когда переходный элемент, который стоит слева от железа и имеет больший атомный радиус (титан, вольфрам, ниобий, молибден, тантал), повышает вязкость железа. Меньшие размеры по сравнению с железом имеют атомные радиусы марганец, кобальт, кремний и алюминий, добавки которых к жидкому металлу сопровождаются значительным снижением вязкости последнего. В результате размещения маленьких атомов этих элементов между крупными ионами железа увеличивается свободный объем в расплаве и снижается вязкость. Аналогичные результаты были получены нами по влиянию размера радиуса присаживаемого элемента при воздействии на вязкость жидкого алюминия.
Островский О.И. исследовал кинематическую вязкость расплавов систем Fe-B (до 10,6B) Fe-P (до 11,0 P) методом крутильных колебаний. Отличительной чертой расплавов Fe-P является довольно резкое уменьшение кинематической вязкости в интервале 0-1 (по массе) P и слабая концентрационная зависимость кинематической вязкости в области 1-11 (по массе) P. С ростом концентрации бора вязкость расплавов значительно возрастает.
Аномалии на политермах вязкости металлических расплавов различного химического состава обнаружены также в исследованиях Б.А. Баума и Н.Е. Бодакина, которые крутильно-колебательным методом в тиглях из окиси бериллия в атмосфере чистого гелия изучили расплавы железа с никелем (до 36 Ni) и железа с кобальтом (до 50 Co), а также влияние на их вязкость добавок хрома, молибдена, меди и кислорода. На политермах вязкости сплавов Fe-Ni и Fe-Co видны аномалии с повышением температуры, вязкость в определенном интервале либо не меняется, либо даже возрастает. Установлено, что хром и молибден в количестве 10 понижают температуру начала аномалии на 50-70, кислород при содержании его 0,05 повышает ее на 50-70, а медь в количестве до 10 практически не влияет на нее.
Изотермы кинематической вязкости расплавов системы Fe-Co свидетельствуют в пользу того, что энергия межатомного взаимодействия в жидком железе выше, чем в кобальте, так как вязкость железа выше чем у кобальта. Отклонение изотерм от монотонной зависимости указывает на то, что единицами взятого течения в Fe-Co расплавах являются не только отдельные атомы компонентов, но и более сложные образования.
На вязкость расплавленных промышленных сталей существенное влияние оказывают их химический состав, содержание газов, неметаллических включений. Поэтому естественно, что обработка жидкой стали в ковше или продувка ее жидкими газами сопровождается снижением вязкости на 30-60. На величину вязкости жидких сталей исключительно важное влияние оказывают тип шахтовых материалов и способ их выплавки. Вязкость расплавленных образцов одной и той же марки стали повышается в зависимости от способа производства в такой последовательности: открытая электродуговая плавка, вакуумно-дуговой процесс, электрошлаковый переплав, электронно-лучевая плавка, плазменно-дуговой переплав.
Образцы стали, отобранные для определения их вязкости из разных зон слитка, имели резко отличную величину вязкости, что свидетельствует о её существенном изменении в процессе кристаллизации металлических расплавов. Жидкий металл зоны столбчатых кристаллов характеризуется небольшими значениями вязкости по сравнению с центральной и корковой зонами.
В последнее время В.И. Архаровым изучены температурные зависимости кинетической вязкости особо чистых жидких алюминия, олова, свинца, висмута, кадмия в широком интервале температур. При этом на политермах вязкости сильно перегретых жидких алюминия, олова и свинца был обнаружен минимум вязкости, после которого она с дальнейшим ростом температуры возрастала. Повышение вязкости сильно перегретых жидких металлов В.И. Архаров связывает с их квазигазовой структурой. Однако, проведенные измерения кинематической вязкости жидкого алюминия в широком интервале температур свидетельствуют об отсутствии скачкообразных изменений вязкости этого элемента. Очевидно, что в этом направлении необходимы дополнительные исследования.
Известно, что различные внешние воздействия (ультразвук, электрические и магнитные поля) оказывают существенное влияние на свойства жидких металлов, являющихся микронеоднородными расплавами. С учетом этих обстоятельств П.П. Арсентьев [15] исследовал влияние магнитного поля на процессы вязкого течения в расплавленных особо чистых металлах (алюминии, олове, свинце, висмуте, индии). Налож