Плавление, затвердевание и переохлаждение

ПЛАВЛЕНИЕ, ЗАТВЕРДЕВАНИЕ И ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ [c.155]

Плавление неиндивидуальных соединений (полимеров, керамик, стекол и т. п.) имеет сложный характер и происходит в температурной области, зависящей от многих факторов (состава, структуры, предыстории нагревания и т. д.). Температурой плавления называют при этом нижнюю границу температурного интервала плавления. Многие из веществ такого типа (например, стекла, смолы, пластмассы) являются переохлажденными жидкостями, т. е. находятся в термодинамически метастабильном состоянии. При повышении температуры они постепенно размягчаются. Температурой плавления при этом считают верхнюю температурную границу процесса размягчения. Обратный процесс (затвердевание) для переохлажденных жидкостей характеризуется аналогично температурой затвердевания. Важными характеристиками процессов размягчения и затвердевания являются соответственно теплостойкость и Морозостойкость. Теплостойкость (по Мартенсу) измеряется наименьшей температурой, при которой изгибающее усилие 50 кГ/см вызывает заметную деформацию. Морозостойкость определяется аналогично. [c.185]

НИИ кристаллогидратов возможно разделение смеси и ее переохлаждение, вызывающие нестабильность этих недорогих веществ и снижающие число рабочих циклов. Для устранения этих недостатков к теплоаккумулирующему материалу добавляют специальные вещества, которые обеспечивают равномерную кристаллизацию расплава и способствуют длительному использованию материала в многократных циклах плавления — затвердевания. Для организации эффективного теплообмена используются сребренные поверхности, капсулы, заполненные теплоаккумулирующим материалом, а также теплопроводные матрицы (ячеистые структуры), Это необходимо в первую очередь при использовании органических веществ, имеющих очень низкий коэффициент теплопроводности [0,15 Вт/ (м °С)]. [c.50]

Исследовалась также зависимость вязкости жидкого рубидия от наличия растворенных в нем азота, водорода и кислорода. Газы (в количестве не более 1,5 вес.% по отношению к массе жидкого металла) вводились над его поверхностью при температуре плавления. О количестве растворившихся или прореагировавших с металлом газов судили по изменению давления газа в установке. Особое внимание уделено исследованию вязко- сти металлов вблизи температуры затвердевания и в области переохлаждения. [c.16]

В точке Г теплоотвод наибольший, значит, в жидком металле вблизи этой точки возникнет максимальное переохлаждение и, соответственно, кристаллит здесь будет расти с максимальной скоростью. Таким образом, скорость роста кристаллита по мере перемещения его вершины по фронту затвердевания возрастает от нуля до максимального значения. Но изменение этой скорости происходит немонотонно. Дело в том, что при затвердевании выделяется скрытая теплота кристаллизации, которая раньше была затрачена на разрыв связей между частицами твердого металла при его плавлении. Эта теплота уменьшает переохлаждение и наступает момент, когда рост кристаллита практически прекращается. Затем переохлаждение вновь увеличивается - кристаллит вновь начинает расти, ускоряясь. [c.26]

Применение галлия в качестве термометрической жидкости в корпусе из плавленого кварца позволяет производить измерения до 1200 °С, не используя высокие давления. Изготовление и эксплуатация галлиевых термометров связаны с рядом затруднений. Галлий легко окисляется и в присутствии окислов начинает налипать на кварцевую поверхность, поэтому заполнение термометра металлом необходимо производить в водородной атмосфере. Чистый галлий и некоторые его сплавы склонны к значительным переохлаждениям (вплоть до О С) без затвердевания. Затвердевание галлия в сосуде приводит к разрушению термометра в связи с тем, что галлий, так же, как вода, обладает исключительны.м свойством заметного увеличения объема при переходе из жидкого состояния в твердое. [c.91]

Тал—Та называют степенью переохлаждения. Она зависит от природы сплава, его чистоты и скорости охлаждения. Чем больше скорость охлаждения сплава, тем больше степень переохлаждения. Петля на кривой охлаждения показывает, что кристаллизация сопровождается выделением тепла, которое повышает температуру сплава до температуры плавления, поддерживая ее до полного затвердевания металла. [c.9]

Температура, при которой появляются такие зародыши, т. е. начинается возникновение на них кристаллических образований, может быть различной, не всегда ниже точки плавления Т, т. е. в области переохлаждения жидкости, и соответствует точке а перегиба на кривой фиг. 17, б. Как только кристаллизация началась, выделяемая теплота быстро повышает температуру до нормальной равновесной температуры затвердевания (или плавления), которая не изменяется, пока вся жидкость не закристаллизуется. [c.23]

Приемы работы при применении точки затвердевания сурьмы в качестве эталонной температуры в основном остаются такими же, как и при использовании точек затвердевания серебра и золота. Жидкая сурьма обладает заметной тенденцией к переохлаждению. Это переохлаждение не будет слишком большим, если нагреть металл лишь на несколько градусов выше температуры плавления и если жидкий металл подвергать размешиванию. [c.59]

Кривая 3 изображает процесс затвердевания таких металлов, у которых из-за большого переохлаждения скрытая теплота плавления выделяется в начальный период кристаллизации настолько энергично, что температура металла повышается и приближается к теоретической температуре. После этого процесс кристаллизации протекает аналогично процессу, который изображает кривая 2. Так кристаллизуется сурьма. [c.46]

Чем больше скорость газа, тем в меньшей степени сказывается влияние на процесс разрушения струи поверхностного натяжения и вязкости металла. В общем случае получению более мелких частиц способствуют уменьшение коэффициента вязкости и величины поверхностного натяжения металла, повышение степени перегрева его выше точки плавления (обычно перегрев составляет 100—150 С), уменьшение диаметра струи металла и повышение параметров энергоносителя. Кроме того, существенное влияние оказывает и конструктивное оформление форсуночного устройства. Оптимальные значения диаметра струи составляют для металлов с температурой плавления до 1000° С 5—6 мм, с температурой плавления до 1300° С 6—8 мм, для более тугоплавких металлов 8—10 мм. При диаметрах меньше указанных возникает опасность затвердевания металла при проходе через отверстие в металлоприемнике, во время которого температура расплава всегда несколько уменьшается, а при диаметрах больше указанных возрастает масса металла, поступающая в активный конус, и увеличивается количество крупных частиц в порошке. Наиболее эффективно вести процесс распыления при температуре газового потока, совпадающей с температурой расплава, так как при этом исключается его переохлаждение, а вязкость и поверхностное натяжение не изменяются. Однако создать такие условия в случае расплавов с температурой 1500—1700°С не представляется возможным из-за сложности нагрева газового дутья, низкой эрозионной стойкости форсуночных устройств и существенного усложнения и удорожания распылительных установок. [c.50]

Температурные зависимости сопротивления рубидия и цезия высокой чистоты в области фазового перехода плавление—затвердевание имеют линейный характер как со стороны твердой фазы, так и со стороны жидкой, каких-либо аномалий не обнаружено. Чистым металлам свойственно переохлаждение на доли градуса при свободном охланодении. В металлах, загрязненных примесями, наблюдается картина преднлавления — резкий рост сопротивления в твердой фазе за несколько градусов до температуры плавления чистого металла. При этом снижается температура затвердевания. Опытные данные позволяют считать ответственными за явление преднлавления не вакансии, а примеси. [c.18]

На рис. 4.23, а показана небольщая часть фазовой диаграммы бинарного сплава А—В, обогащенного компонентом А. Основы фазовых диаграмм рассмотрены в работе [33]. Вместо плавления и затвердевания при единственной температуре Та сплав, содержащий примесь б в Л и имеющий концентрацию В, в идеальном случае плавится в интервале температур от Ту до 7з. Диаграмма на рис. 4.23, а составлена для растворенного вещества В, которое понижает точку плавления вещества А. Заметим, что обе температуры Ту н Тз лежат ниже точки плавления чистого металла А. При охлаждении сплава состава Ву из области жидкости и при условии, что переохлаждение отсутствует, зарождение твердой фазы начинается при температуре Гь Твердая фаза, появившаяся при этой температуре, имеет состав б] и оставляет жидкость состава Ьу. При дальнейшем охлаждении осаждается большее количество твердой фазы, имеющей состав, который изменяется вдоль линии солидуса. Состав оставшейся жидкости изменяется по линии ликвидуса. При температуре Т твердая фаза имеет состав бз, жидкая — Ьз, а при температуре Тз твердая фаза состава бз находится в равновесии с жидкостью состава бз. До сих пор считалось, что скорость охлаждения бесконечно мала, так что всегда поддерживается равновесный состав. Другими словами, твердая фаза состава б], появившаяся первой, успела диффузионно перейти в состав бз, пока температура падала до Тз. Поскольку диффузия в твердом состоянии всегда медленна, а скорость охлаждения не может быть бесконечно мала, концентрационное равновесие никогда не достигается, в результате чего при температуре ниже Тз состав твердой фазы оказывается между 61 и 63, а жидкость с избытком В не затвердеет окончательно, пока температура не достигнет Т . [c.170]

Структурные превращения в металлах и сплавах сопровождаются выделением или поглощением скрытой теплоты превращения (например, при распл1авлении металлов поглощается скрытая теплота плавления) или же связаны с аномальной удельной теплоемкостью, которая наблюдается, например при образовании сверхструктуры в Р-латуни. Отсюда следует, что при нагревании или охлаждении металла или сплава в одинаковых условиях структурные изменения должны вызвать изменение хода кривой температура — время. По перегибу кривой можно найти температуру структурного превращения. В условиях истинного равновесия температура (или температурный интервал), при которой происходит данное структурное превращение, является постоянной дл я данного металла ил1и сплава, но практически часто наблюдается температурный гистерезис структурного превращения. Например, при медленном охлаждении в условиях истинного равновесия жидкое олово затвердевает при постоянной температуре 231,9 но в обычных опытах часто оказывается возможным, прежде чем начнется кристаллизация, охладить жидкое олово на 20 или 30° ниже его истинной температуры затвердевания. Это явление обычно называется переохлаждением. Переохлаждение является результатом кристаллизации, происходящей путем зарождения центров и их роста. [c.120]

В действительности образованию центров кристаллизации обычно, способствуют присутствующие примеси или стенки сосуда, в котором находится металл. Если исключить влияние инородных зародышей, то образование центров кристаллизации явится результатом флюктуаций свободной энергии в жидкости. Турнбулл [75] недавно показал, что таким образом все металлы можно переохладить приблизительно на 18% от температуры плавления (по абсолютной шкале). Поэтому для того, чтобы кривая охлаждения указывала истинную равновесную точку затвердевания сплава надо предотвратить переохлаждение. В большинстве металлических систем это условие может быть просто обеспечено уменьшением скорости охлаждения, но если этого, как и в случае олова, недостаточно, может оказаться необходимым вызывать кристаллизацию введением в жидкость маленьких частиц твердого вещества. [c.121]

Для образования равноосной микроструктуры при быстром затвердевании должны выполняться два условия [482] низкая скорость роста эпитаксиальных кристаллов, позволяющая получить переохлажденный расплав, и наличие достаточного количества центров зарождения в расплаве, обеспечивающее гетерогенное зарождение равноосных зерен. Эти условия были реализовны при лазерном плавлении специально приготовленных сплавов. [c.295]

Продукты реакции модификаторов с атомами примесей, имеющие более высокую температуру плавления и нерастворяющиеся в жидкой стали, находятся в расплаве в переохлажденном состоянии и могут кристаллизоваться, образуя неметаллические включения в жидкой стали до ее затвердевания. Более легкоплавкие продукты реакции кристаллизуются в процессе затвердевания или охлаждения слитка в зависимости от температуры их плавления. Количество, размер и форма неметаллических включений зависят от активности, концентрации, сочетания добавок, времени взаимодействия с примесями, скорости роста образующихся соединений. [c.161]

В этом разделе дан краткий обзор изменений физических свойств, происходящих во время плавления и затвердевания, а также описаны свойства переохлажденных жидкостей кроме того, сообщается об изменениях физических свойств, предшествующих плавлению или затвердеванию. В разделе не сделано попыток разобрать механизм затвердевания, уже рассмотренный Виньяр-дом [540]. [c.155]

Наиболее воспроизводимые результаты в [145] получились для палладия, кобальта, никеля и железа. У первых трех металлов максимальное переохлаждение наблюдалось в десяти опытах из десяти, для железа—в восьми опытах из десяти. Для меди, золота и германия разброс значений Тм был существенно больше. Для золота величина переохлаждения росла ио мере проведения последовательных расплавлений. С серебром вообще не удалось получить большого переохлаждения. На поверхности образца при затвердевании серебра появляются многочисленные раковины, обнаруживается ирисутствие газа. Изменение скорости охлаждения никелевых образцов от 0,1 до 200 град-мин не оказывало заметного влияния на температуру максимального переохлаждения. Весьма возможно, что кристаллизация никеля, кобальта, железа и палладия происходила в более чистых условиях, чем для германия, золота и меди. Фелипг и Шайль связывают это с вязкостью стекла и с ухудшением его способности растворять примеси ири переходе от первой группы металлов ко второй, имеющей более низкие температуры плавления. [c.164]

Кроме того, при затвердевании (охлаждении) нужно еще обратить внимание на самый начальный момент кристаллизаций. Теория и исследования (см. 9) показывают, что для затвердевания необходимо несколько переохладить жидкость, т. е. снизить ее температуру ниже температуры плавления (Г ) на ббльщую или меньшую величину, и тогда только начнется интенсивный процесс затвердевания, при котором выделение тепла повысит температуру до значения, близкого к температуре плавления, и будет держать ее неизменяемой вплоть до полного затвердевания жидкости. Кривая охлаждения в этом случае должна иметь вид, несколько отличный от кривой на фиг. 17, а, и показана на фиг. 17, б. Здесь температура переохлаждения (Г . ,) определяется точкой а на кривой от этой точки температура резко повышается и становится постоянной вплоть до конца процесса. [c.22]

КОЙ горизонтальной ступенькой ai, Ъ , отвечающей плавлению, имеет кривая (2 на фиг.> обратного процесса затвердевания, с той лишь разницей, что при П. невозможно перегревание кристаллов (выше Tg кристаллич. решетка не может существовать), при затвердевании же возможно переохлаждение (см. пунктир a d на фиг.) жидкости, прекращаемое внесением затравки (кристаллика) в момент А (см. Кристаллизация), На измерении диаграмм плавкости химич. соединений в чистом виде (фиг.) и сплавов основан один из важнейших методов физико-химич. анализа сплавов—их термич. анализ (см. Сплавы, Металлография), Точку П. можно рассматривать как ту Г, при к-рой квази--упругие силы, связывающие ионы (или молекулы) твердого тела с их центрами равновесия в кристаллич. решетке, обращаются в 0. Исходя из этих представлений (В. В. Тарасов), можно вывести теоретически эмпирич. правило Пикте, связывающее абсолютную темп-ру П. = Tg с термич. коэф-том линейного расширения а твердого тела aTg= onst для кристаллич. решеток одинакового типа. Так, для галоидных солей щелочных металлов (кубические гетеропо" лярные решетки) [c.257]

Результаты исследований представлены в табл. 2. Средняя температура плавления, полученная на основании 14 измерений (плавок), равна 2050,6° С + 0,8 град, где погрешность 0,8 град является средней квадратичной погрешностью единичного измерения. Это значение температуры плавления корунда несколько ваше полученного для корунда советского производства, что можно объяснить некоторым отличием в чистоте и технологии изготовления образцов. Семь измерений температуры затвердевания этого образца корунда дают среднее значение Гзатв = 2048,9° С + 1,0 град. Причиной отклонения температуры затвердевания от температуры плавления являются плохая теплопроводность корунда и склонность его к переохлаждению, что вносит значительную погрешность в определение его температуры затвердевания порядка 2 — 3 град [10]. [c.149]

Ривс и соавторы [111] исследовали кривые плавления ряда веществ, в том числе этилена, используя метод закупорки капилляра. Нижняя часть капилляра была впаяна в медный блок, те.мпературу которого можно изменять и измерять. Капилляр вакуумировали, заполняли исследуемым веществом, а затем при постоянстве температуры упомянутого блока изменяли давление вещества с помощью термокомпрессора и мультипликатора до момента затвердевания. Процедура повторялась при уменьщении давления до расплавления пробки. Разность давлений по обе стороны от пробки и абсолютное значение давления измеряли манганиновыми манометрами. Манометр, использованный для измерения абсолютного давления, калиброван по давлению затвердевания ртути при различных температурах Погрешность измерения давления 1 % при /7<100 МПа и 0,1 % при /7>100 МПа. Погрешность определения температуры составляла 0,1 К при 7 = 273 К и 0,2—0,3 К при Г = 77 К. Однако авторы [49], обращая особое внимание на возможность существенного переохлаждения жидкости в капилляре, более осторожно оценивают возможную погрешность результатов измерений, которая по отношению к температуре может достигать 1 и 1,5 К при 273 и 77 К соответственно. Использованный Ривсом и соавторами этилен имел классификацию химически чистый и не подвергался дополнительным очистке и анализу. Данные [111] хорошо согласуются с полученными ранее данными [49]. К сожалению, авторы [111] не привели непосредственно опытных данных, а сообщили лишь коэффициенты уравнения, аппроксимирующего их. [c.33]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...