Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература



Скачать 54.35 Kb.
Дата16.04.2013
Размер54.35 Kb.
ТипЛекция

Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр

РАЗЛИВКА И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛИ

Литература:


  1. Введение в физику кристаллизации металлов / У. Вайнгард // М. Мир. 1967г.

  2. Теория затвердевания / Б.Чалмерс // М. Металлургия. 1968г.

  3. Разливка и кристаллизация стали // В. А. Ефимов // М. Металлургия.1976г.

  4. Основы теории формирования отливки / Г.Ф. Баландин // Ч.I. Тепловые основы теории. Затвердевание и охлаждение отливки. М. Машиностроение. 1976г. Ч.II. Формирование макроскопического строения отливки. М. Машиностроение. 1979г.

  5. Процессы затвердевания / М. Флемингс // М. Мир. 1974г.

  6. Управление эвтектическим затвердеванием / Р. Эллиот // М. Металлургия. 1987г.

  7. Физические методы воздействия на процессы затвердевание сплавов / В.А. Ефимов, А.С. Эльдарханов // М. Металлургия. 1995г.

  8. Закалка из жидкого состояния / И.С.Мирошниченко // М. Металлургия. 1982г.

  9. Кинетика образования новой фазы / М. Фольмер // М. Наука. 1986г.

  10. Теория двухфазной зоны металлического слитка. 1987г.


Структура курса:



Теория.

  • Зарождение кристаллов (гомогенное, гетерогенное)

  • Рост кристаллов при затвердевании чистых металлов

  • Формирование химической неоднородности

  • Теория процессов фазообразования в жидкой и затвердевающей стали


Технология.

  • Разливка стали (кипящая, полуспокойная, спокойная)

  • Структура слитка

  • Дефекты стальных слитков

  • Физические методы воздействия на затвердевание

  • Новые технологии затвердевания (Реолитье и получение тиксотропных материалов, направленная кристаллизация и получение монокристаллов)

Теория. Зарождение кристаллов.
Рост кристаллов при затвердевании чистых металлов

Некоторые закономерности перехода


железа из жидкого состояния в твердое
В настоящее время наиболее разработаны теория газообразного состояния и теория твердого тела. Количественной теории жидкого состояния металлов на сегодняшний день нет. Свойства жидкого металла вблизи температуры ликвидуса близки к свойствам твердого тела, а при температуре кипения – к газообразному состоянию.

При температуре, близкой к температуре кристаллизации, свойства жидкого и твердого металлов близки:

  • удельный объем различается на 2÷6%, что является косвенным признаком близкого расстояния между атомами, которое при кристаллизации изменяется мало;

  • близкие значения электропроводности, то есть небольшое изменение числа свободных электронов;

  • близкие значения теплоемкости, то есть тепловое движение атомов одинаково;


Отличия же между жидкостью и твердым телом состоят в следующем:

  • способность сохранять форму (характеризуется модулем сдвига для твердого тела и коэффициентом вязкости для жидкости);

  • обладание прочностью;

Однако второе различие не принципиальное, так как напряжения, вызывающие изменение формы твердого тела, тем ниже, чем продолжительнее их действие на твердое тело; известно также, что если в жидкости создать напряжения в течение сек, то жидкость ведет себя, как твердое тело;

  • различие в коэффициентах диффузии: для твердого тела ; для жидкости ;


Для понимания структуры жидкости важно понятие “ближнего” и “дальнего” порядка. В твердых телах (кристаллах) существует строго определенное геометрически правильное расположение атомов. Это расположение распространяется на большие расстояния, т.е. кристаллы имеют дальний порядок. При плавлении нарушается дальний порядок, а остается лишь ближний порядок в расположении атомов. Под ближним порядком понимается упорядоченность в расположении атомов вблизи произвольно выбранного атома, при этом степень упорядоченности быстро падает по мере удаления от данного атома. Характер упорядоченности атомов в ближнем порядке жидкости у большинства металлов близок к упаковке атомов в кристаллической решетке, характерном для твердого состояния. Переход из жидкого состояния в твердое заключается в создании правильного расположения атомов, т.е. в установлении дальнего порядка.
У металлов с плотнейшей упаковкой (ГПУ и ГЦК) при плавлении структура разрыхляется, а координационное число (число ближайших соседей) уменьшается с 12 до 10-11. У ОЦК металлов координационное число не изменяется, только увеличивается межатомное расстояние. У металлов с “рыхлыми” решетками (Ge, Ga, Bi) координационное число увеличивается (атомы локализуются). В сплавах, соответствующих химическим соединениям, в жидком состоянии сохраняются химические связи. При повышении температуры ближний порядок все более разрушается, объемные трехмерные структуры исчезают, а остаются лишь двухмерные образования. В сложнолегированных сплавах при их перегреве выше некоторых критических температур происходят необратимые структурные перестройки. В результате этих превращений при последующем понижении температуры жидкость не возвращается в исходное состояние. Такое явление называется гистерезисом и оно характерно для вязкости, поверхностных и других структурно-чувствительных свойств.

Пока температура расплава такова, что размер критического зародыша больше размера кластера, рост последних и формирование твердых кристаллов не происходит. С понижением температуры размер критического зародыша уменьшается. Когда размер критического зародыша становится меньше размера максимального кластера, образуются зародыши, а сверхкритические комплексы (центры кристаллизации) разрастаются в кристаллы.

Гомогенное зарождение кристаллов.
Ч

Рис.1.1.
тобы ответить на вопрос, как и когда произошло зарождение центра кристаллизации, необходимо рассмотреть проблему с термодинамической и кинетической точек зрения. С термодинамической точки зрения существует только одна температура, при которой чистый металл сосуществует в двух фазовых составляющих – жидкой и твердой. При имеем . При переход «жидкое состояние – твердое состояние» приведет к уменьшению свободной энергии: . При имеем
. Чем больше величина переохлаждения, тем больше выигрыш в свободной энергии: если , то .
Пусть имеем переохлаждение , тогда изменение объемной свободной энергии имеет следующее значение:

, (1.1)

, (1.2)

При имеем:

или , (1.3)
С учетом того, что при , найдем:

; (1.4)

Или окончательно изменение объемной свободной энергии Гиббса системы: , (1.5)

где ΔT-переохлаждение.

Р

Рис.1.2
азберемся, почему превращение «жидкое состояние – твердое состояние» происходит не сразу после . Пока мы рассматривали изменение только объемной свободной энергии системы, однако при образовании зародыша возникает новая поверхность раздела, что приводит к затратам энергии. Зародыш будет расти, если суммарная свободная энергия будет уменьшаться. Затраты энергии на образование новой поверхности:

, (1.6)

где -удельная поверхностная свободная энергия.
Найдем изменение суммарной свободной энергии при образовании зародыша:

, (1.7)

Радиус критического зародыша найдем, определив координаты максимума этой функции из условия :

, (1.8)
Сократив правую и левую части, получаем:

, (1.9)


Т

Рис.1.3
о есть если , то рост такого зародыша сопровождается уменьшением и этот зародыш будет центром кристаллизации. Зародыши, имеющие размер, растворяются.
Из экспериментальных исследований, проведенных методом малых капель, были найдены максимальные переохлаждения для алюминия -130C; для меди - 236C; для никеля - 319C; для железа -295C;

То есть переохлаждение составляет около 0.2 Тпл. Такие переохлаждения никогда не наблюдаются в промышленной практике производства стали и сплавов. Реальные переохлаждения в этом случае составляют 1-10C, то есть в реальных системах имеет место гетерогенное зарождение кристаллов.





Похожие:

Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconПлавление и кристаллизация Блицтурнир, 8-й класс
«Плавление и кристаллизация», проверим умение читать графики физических процессов, решать задачи различного типа, а также узнаем...
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconВасилий Сигарев божьи коровки возвращаются на землю
Стали улицы мощеными, а потом асфальтированными с белеными по праздникам бордюрами. Стали ходить по улицам люди, стали сидеть на...
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconРасписание на весенний семестр 2004—2005 годов. 1 курс

Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconКалендарно-тематический план практических занятий по математике на весенний семестр 2009-2010 учебного года 1 курс

Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconРабочая учебная программа «История и культура страны изучаемого языка»
Форма контроля: 1 курс, второй семестр – зачет; 2 курс, третий семестр – экзамен
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconРабочая учебная программа «История и культура страны изучаемого языка»
Форма контроля: 1 курс, второй семестр – зачет; 2 курс, третий семестр – экзамен
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconЛекция 21. Производство стали
Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап)
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconАнализу фф нгу, 1 курс, весенний семестр, 2002-2003 уч год
Значения дифференциалов на векторе как результат дифференцирования функции вдоль данного вектора. Многомерная формула Тейлора
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconЛекции по математической логике миэм, фпм, 2 курс, 4 семестр Весенний семестр 2010/2011 учебного года Группы м-41−46
Дать определения декартова произведения двух множеств, декартова квадрата произ­вольного множества. Привести примеры. Записать формулы,...
Лекция №1 курс «Разливка и кристаллизация стали» 5 курс весенний семестр разливка и кристаллизация стали литература iconАнализ Интегрируемых Систем спецкурс, весенний семестр 2012-2013 уч год
...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org