facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ЦЕНТРОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ДВИЖУЩЕМСЯ ТОНКОМ ПОТОКЕ МЕТАЛЛА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ЦЕНТРОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ДВИЖУЩЕМСЯ ТОНКОМ ПОТОКЕ МЕТАЛЛАОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ЦЕНТРОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ДВИЖУЩЕМСЯ ТОНКОМ ПОТОКЕ МЕТАЛЛА
Vykhodets Aleksander, candidate of technical sciences, associate professor

Odessa National University named after I.I Mechnikov, Ukraine

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Ukraine";

Процесс кристаллизации идет не только на поверхности контакта с руслом, но и в глубине потока. На середине потока скорость движения достигает максимальных значений, что позволяет вовлекать в поток твердые частички и транспортировать их

Ключевые слова: агрегация кристаллизация, молекула ,поток, процесс , путь     расплав ,система, состояние, флуктуация, центр.

 

Процессы кристаллизации тонких потоков железоуглеродистых расплавов до настоящего времени в литературе специально не рассматривались. Некоторым образом этот вопрос изучался [I] с точки зрения теплового и механического воздействия перегретого металла, омывающего фронт кристаллов. Имеются, также, данные [2]о том, что перемешивание затвердевающего расплава механическим путем способствует измельчению- зерна в слитке, и что перемешивание расплава падающей струей способствует разнесению центров кристаллизации по всему объему. Изучалось [3,4] движение расплава с различными скоростями затвердевания; показано, что турбулизация потока ускоряет охлаждение на различных участках отливки; построены графики снижения температуры для сплавов различной теплопроводности, но без связи с их химическим составом и скоростью течения; поэтому выводы носят скорее качественный характер.

Как известно, процесс кристаллизации, в предельном или идеальном случае может происходить вынужденно или спонтанно. Так как реальный железоуглеродистый расплав-это система из нескольких химических компонентов в различных агрегатных состояниях, то следует предположить что кристаллизация такой системы происходит и вынужденно, и спонтанно. В результате образуются кристаллические новообразования - агрегации, под которыми понимается группа молекул, первоначальная связь между которыми возникла в результате флуктуации.

Определение числа центров кристаллизации.

Для определения числа центров кристаллизации воспользуемся формулой статистической физики для расчета среднеквадратичного пути молекулы в броуновском движении:

                                                                                                                                                                              (1)

где  η– вязкость системы,

а1– радиус частицы,

τ– время.

Естественно, что зародышем могут служить частички твердой фазы, в их числе углерод, важнейший компонент чугунов и сталей, температура плавления которого значительно превышает все другие.

При этом, углерод имеет и наименьший атомный радиус, что на основе (1) дает возможность утверждать максимальный молекулярный пробег такой частицы в расплаве. Аналогичная гипотеза о том, что микрочастицы графита являются центрами кристаллизации высказана в работе (39). Газообразная фаза расплава, как неконденсированная, не может служить центром кристаллизации, хотя в полости газового пузыря улучшаются условия роста кристалла.

Воспользовавшись температурной зависимостью вязкости, с учетом химического состава железоуглеродистого сплава (40), представилось возможным уточнить уравнение (3.1) и записать его в виде:

                                                                                                                                            (2)

где      ηо- вязкость ньютоновского расплава,

χ- концентрация углерода.

Так как Т>lnT-1, то зависимость Δ= f(T) изменяется по политропному закону. Из приведенных зависимостей следует, что среднеквадратичный пробег агрегации растет с увеличением количества углерода в системе по логарифмическому закону. Это обстоятельство проще всего можно объяснить тем, что рост содержания углерода в системе приводит к его агрегированию в пакеты, масса которых будет больше, а, следовательно, пробег должен быть длиннее у единичных частичек. Это видно из характера хода изотермы на рис.1.

Пронизывая расстояние Δ, частичка углерода вызывает смещение частиц других элементов, находящихся в зоне действия ван-дер-ваальсовских сил, проявляющихся в полосе, шириной ω.

Если 2aс –ширина углеродной частички, 2ω– расстояние слева и справа от нее до частиц, находящихся в зоне притяжения, 2ах – размер соседних частиц, то объем зоны, в которой произойдет коагуляция, вызванная перемещением наиболее активного и подвижного элемента, можно определить как

                                                                                                                                                        (3)

При этом, 3ω- это страховое расстояние между частицами второго и третьего рядов. В случае, если расстояние между рядами меньше чем 3ω, то следует полагать что произойдет коагуляция и последующих слоев. Принимая атомные радиусы равными а31= аFe= аMn≈1,3·10-8см, aс = 0,77·10-8 см, можно записать выражение (3) в виде:

                                                                                                                                                                                    (4)

где      υТ- доля твердой фазы в объеме.

Отсюда число центров кристаллизации в единице объема можно найти как

                                                                                                                                                                                  (5)

При этом, под “k” следует понимать максимально возможное число центров кристаллизации. Каждое отдельно взятое зерно может вытягиваться на длину

                                                                                                                                                                                 (6)

по величине которой оно может не встретить сопротивления кристаллов, растущих из других точек объема.

Как следует из рис.2, иллюстрирующего выражение (5), число центров кристаллизации плавно уменьшается по мере снижениясодержания углерода в сплаве.

 

Рис.1 Изотерма длины среднеквадратичного пробега
углеродной агрегации
.

 

Рис.2 3ависимость числа центров кристаллизации
от содержания углерода в сплаве.

Выводы: Количество центров кристаллизации в тонком потоке железоуглеродистого расплава зависит от концентрации углерода, температуры, вязкости и межфазного натяжения, а также от гидродинамических характеристик движущейся системы.

 

Литература:

1. Вейник А.И.Теория затвердевания отливки.-М.,_Машгиз,-1960,-370 с.

2. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей.-М.,-Химиздат,-1966,-620 с.

3. Рейнор Г.В.Диаграммы состояния и их построение.-М.,Мириздат,-1968

4. Ютров А.П. Выходец А.М. О скорости плавления кристаллической агрегации в маточном  расплаве.-ЖФХ,-том XLV11,-1973,№8, Деп.ВИНИТИ №6092, 8 с.

0
Your rating: None Average: 6.5 (4 votes)
Comments: 4

Kasumova Rena Jumshud

Оценка =4 звезды. Два вопроса: Не нашла Рис.1 и я так поняла это расчетные кривые аналитических формул. А как дело обстоит с экспериментом? Касумова Р Дж.

Grażyna Wójcik

Может быть, это было бы хорошо, чтобы проанализировать процесс кристаллизации чугуна и стали с хромом, обогащенный азотом при высоких давлениях. Результаты могут быть очень интересными. Maybe it would be good to analyze the crystallization process of iron and steel with chromium, enriched with nitrogen at high pressures. The results could be very interesting. Grażyna Paulina WÓJCIK

Babayev Naqibullo Habibullayevich

В современном состоянии науки не только вопрос "Определения числа центров кристаллизации в движущемся тонком потоке металла" но и сам вопрос изучения кристаллизации и формирования структуры металлов имеет огромное значение. Из доклада видно что автором проведен значительное количество исследований по изучению вопросов кристаллизации металлов и расплавов. Работа не лишения определенных недостатков имеющийся у каждого исследователя. Необходимо отметит что на вопросы кристаллизацию металла движущегося тонким слоем в потоке огромное влияние оказывает не только температура расплава и среды, но и огромное значение оказывает режим охлаждения метала в определенном интервале температур и состояние среды (окислительная и восстановительная). В целом работу считаю весьма актуальной. Желаю автору работы успехов в выбранном направлении исследований. С уважением д.т.н., проф. Н. Бабаев

Khlopkov Yuri Ivanovich

Процесс зародышеобразования кластеров с участием атомов углерода чрезвычайно актуальная проблема для многих отраслей науки и поизводства, таких как физическая химия, эколология, нанотехнологии, энергетика. Например, в связи истощением мировых запасов углеводоров, добываемых традиционными способами, встает вопрос о добыче углеводородов из вечной мерзлоты и дна океанов, где они существуют в форме кластратов и запасы которых практически безграничны. Не менее актуально стоит эта проблема и в металлургии. Поэтому изучение процессов кристаллизации и свойств кластеров очень важно. В работе предлагается инженерная методика моделирования процессов кристаллизации в жидких металлах. Работа не лишена недостатков. Представлена несколько небрежно: В сходных формулах для одних и тех же физических величин испльзуются разные обозначения, некоторые формулы отсутсвуют вовсе, что затрудняет понимание. И все же я считаю работу чрезвычайно актуальной и желаю удачи автору. Ю. Хлопков
Comments: 4

Kasumova Rena Jumshud

Оценка =4 звезды. Два вопроса: Не нашла Рис.1 и я так поняла это расчетные кривые аналитических формул. А как дело обстоит с экспериментом? Касумова Р Дж.

Grażyna Wójcik

Может быть, это было бы хорошо, чтобы проанализировать процесс кристаллизации чугуна и стали с хромом, обогащенный азотом при высоких давлениях. Результаты могут быть очень интересными. Maybe it would be good to analyze the crystallization process of iron and steel with chromium, enriched with nitrogen at high pressures. The results could be very interesting. Grażyna Paulina WÓJCIK

Babayev Naqibullo Habibullayevich

В современном состоянии науки не только вопрос "Определения числа центров кристаллизации в движущемся тонком потоке металла" но и сам вопрос изучения кристаллизации и формирования структуры металлов имеет огромное значение. Из доклада видно что автором проведен значительное количество исследований по изучению вопросов кристаллизации металлов и расплавов. Работа не лишения определенных недостатков имеющийся у каждого исследователя. Необходимо отметит что на вопросы кристаллизацию металла движущегося тонким слоем в потоке огромное влияние оказывает не только температура расплава и среды, но и огромное значение оказывает режим охлаждения метала в определенном интервале температур и состояние среды (окислительная и восстановительная). В целом работу считаю весьма актуальной. Желаю автору работы успехов в выбранном направлении исследований. С уважением д.т.н., проф. Н. Бабаев

Khlopkov Yuri Ivanovich

Процесс зародышеобразования кластеров с участием атомов углерода чрезвычайно актуальная проблема для многих отраслей науки и поизводства, таких как физическая химия, эколология, нанотехнологии, энергетика. Например, в связи истощением мировых запасов углеводоров, добываемых традиционными способами, встает вопрос о добыче углеводородов из вечной мерзлоты и дна океанов, где они существуют в форме кластратов и запасы которых практически безграничны. Не менее актуально стоит эта проблема и в металлургии. Поэтому изучение процессов кристаллизации и свойств кластеров очень важно. В работе предлагается инженерная методика моделирования процессов кристаллизации в жидких металлах. Работа не лишена недостатков. Представлена несколько небрежно: В сходных формулах для одних и тех же физических величин испльзуются разные обозначения, некоторые формулы отсутсвуют вовсе, что затрудняет понимание. И все же я считаю работу чрезвычайно актуальной и желаю удачи автору. Ю. Хлопков
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.