Агрегатно състояние на течен метал
Има четири основни състояния на материята: течни, твърди, газообразни и плазма, от които първите два трябва да бъдат приписани на процеса на леене.
При нормални условия, металната конструкция е решетка. Crystal счита за правилното събиране на атоми, които не е задължително да имат една и съща природа. Всеки атом заема мястото определя от характера на геометричната си връзка с кристалната решетка и характеризиране на средната позиция на центъра на атомите (Фигура 1).
Фигура 1 - кристалната решетка на желязо
Всъщност атом претърпява топлинни трептения в пространството между съседните атоми. При нагряване, в някакъв момент термичните вибрациите станали толкова силни, че редът на далечни разстояния между метални атоми е счупен и става течен.
Течните метали, както и други течности леко повредени над началото на кристализация точка, много по-близо по структура и свойства на твърдо вещество, отколкото да се газове. Това се вижда от редица фактори:
- При топене състояние функция вещество (δ Н енталпия на климата и промяната в ентропията δ S) варира по ред, по-ниска от съответната функция състояние чрез сублимация (директен преход от твърдо в газообразно състояние) или по време на изпаряване (преход от течност в газообразно състояние).
- Физични свойства на топене на метали се различават значително по-ниски, отколкото при сублимация или изпаряване. Например, специфичният обем на повечето метали се увеличава чрез стапяне 5-10%, като в същото време се увеличава изпарението на хиляди пъти. Твърди метали при температура, близка до точката на топене, имат известна течливост, например, когато подвижния, течност характеристика съпротивление смяна на (или парче), но при нормални условия не е достатъчно изразен поради високата течливост. Газа едва устоя на обработваемостта. Информацията като магнитна проницаемост, електрическа проводимост, топлопроводимост и т.н. В топими метали макар да варира, но само няколко процента.
- Използване на рентгенова дифракция стопен топим метал прегряване над точката на втечняване на само на няколко градуса, е установено, че частиците в течности не са случайно разположени. Тяхното разположение в края на флуид към тази характеристика на твърдото тяло близо до неговата точка на топене.
Съвременните теории за течности по някакъв начин комбинирани предшестващи двете крайни позиции на естеството на тези течности и дават възможност за двойна характеристики на поведение, които са получени от междинното положение на течната агрегатното състояние на веществото.
Метал, например, B.Chalmers, считат, че течността е съвкупност от атоми и молекули вибриращи със средна енергия
3 KT / 2 (К = Константа на Болцман 1.38 10 -. 23 J / ° С), и със средна честота ν. Всеки атом е включена в един или друг от образуване на кристали (клъстер), които са ориентирани на случаен принцип. Част от пространството между тях остава незапълнени атома. Клъстери (фигура 2) се появят много бързо и след това падат поради преминаването на атоми от един от тях към друг чрез работа - интерстициални кухини. Вероятността за поява и броя на mikrozarodyshey твърди вещества се определя от законите на статистическа физика. Във всеки даден момент от течността има значително за къси разстояния, при всеки атом е свързан с някои други и дори с много други съседи по същия начин, както това се случва в кристала.
Фигура 2 - клъстер
В съответствие с колебания в теория течност спонтанно възникват местни отклонения от средната концентрация, и плътността на енергията, броят и вероятността от които са продиктувани от законите на статистическата механика.
За да се обясни специфичните свойства на течните стопилки използвани Stewart и Benz теория, според което течностите се непрекъснато унищожени и групирането на елементарните частици, наречени рояци или sibotaksisami. Тези групи са нестабилни образувания и нямат ясни граници.
Според клъстер модел Arkharova Novokhatskiy се стопи и е комбинация от клъстери и неподредени зони. Клъстери се характеризират със специфични структурни поръчка централна част и периферните части нестабилност. С увеличаване на температурата клъстери разпадат на по-малки загрубяват време на охлаждане метал.
Основният смисъл на общоприетата теория на Френкел Frenkel е, че преходът от твърдо в течно състояние е причинена от рязко увеличаване на броя на свободните места. Това води до голяма мобилност на частици и течности като цяло, а също обяснява разтворимостта състезания на много вещества чрез стапяне разтворител. Необходимата енергия се осигурява от излишък колебания. Позиции (отвори) имат размер от около 10 -10 m до Thompson работа чрез образуване на сферична кухина в течност с радиус R, равен .:
Работете δZ съизмеримо с топлината на изпарение. Важното е, че за завъртане на течен кристален при температура, необходимо за отстраняване на топлината на трансформация, съответстваща на латентна топлина на топене. Атомите са превърнати в състояние с по-нисък потенциал енергия, отколкото в течността. Но и в двата случая всеки атом има ниска свободна енергия, но те минимуми в течността е по-висока, отколкото в кристала.
В повечето случаи, плътността на топене по-малка от тази на кристала. Кристали като германий, силиций, галий и бисмут-малко плътни топи и техните еластични свойства са предоставени единствено поръчване на атоми.
Има и други теории за течно състояние, но никой от тях не позволява параметрите на елементарните частици от течността да изчисли микроскопични свойства. Те не даде обяснение за много явления, които се наблюдават в течността, например, възможността за значително излагане.
Сходство течнокристално състояние и е предимно в естеството на взаимодействие между частиците и термодинамични свойства, но е налице съществена разлика в структурата на течности и твърди вещества. Известен случайността в подреждането на частици в течността, и повечето от тяхната мобилност, rodnyaschie течни газове, съчетани със силна между частиците взаимодействие, както и в твърдото вещество. Тази комбинация от свойства се дължи на комплекс характеристика само за течно състояние на материята.
плътност
Метални плътност съди отпуснатост на нейната структура. Плътност - един от основните физически характеристики на стопилката, пряко свързани с повърхностното напрежение, топлинен капацитет, динамичен вискозитет, топлина на разтвор и т.н. течната фаза има плътност само малко по-малък от твърдото вещество, но е с няколко порядъка по-висока плътност газ .. Най-лесният литиев метал има плътност от 0.53 гр / см 3 и тежката иридий плътност 22,4 гр / см 3. желязо плътност 7.87 гр / cm 3. За повечето метали при нагряване от стайна температура до температурата на топене намалява плътност 3-5% на желязо се намалява до 7,35 грама / см 3. в процеса на плътност на топене на повечето метали се намалява с няколко% от желязо - до 7,02 гр / см 3. галий а плътност, бисмут, антимон, германий и силиций на топене увеличава тази на водата, за които това увеличение е около 11%.
При нагряване течни метали, както в твърдо състояние, плътността намалява. С достатъчна точност за практиката, като се използва съотношението:
Чрез избора на състава на сплави осигури предварително определена плътност и коефициент на линейно разширение. Това е важно, например, армиран (изработен от различни материали) продукти служи при различни температури в широк диапазон
Практическото значение на промените на метал плътност преди и по време на процеса на кристализация е, че тя определя обемно свиване (или растежа), които са свързани с свиване кухини, отпуснатост, налягане във външните и вътрешните части на блокове, заготовки и отливки (Фигура 3).
Фигура 3 - Shrink мивка в слитъка
Точка на топене - това е само температурата, при която твърда кристална фаза съжителстват в равновесие с течността. За чист елемент или чисто съединение, тази стойност е постоянна и зависи само леко налягане.
Обикновено, отлятият метал е прегрята над неговата температура на топене при 100 градуса или повече. Въз основа на тази температура, материалът плесен е избран и разливането накладки. От често използваните живак метал е най-ниската точка на топене - минус 39 0 ° С, и най-високата момента волфрам - 3,410 0 ° чисто желязо се топи при 1539 0 ° С, меден - при 1083 0 ° С, алуминий - при 660 0 ° С Титанов сплави 1580-1720 0 ° с
Стомана 1420-1520 0 ° С
Желязо 1150-1250 0 ° С
Бронз 1000-1150 0 ° С
Месинг 900- 950 0 С
Алуминиеви сплави 580- 630 0 С
Магнезиеви сплави 600- 650 0 С
Цинкови сплави 390- 420 0 С
Тъй фазови преходи са придружени от топлинни ефекти, промени в обема и фазови напрежения, те се вземат предвид чрез определяне оптимално охлаждане на блокове, заготовки и отливки, както и в това, процесите на образуване на структура и разделяне на фазите.
Вискозитетът на стопения метал е най-характерен структура чувствителни имота и се определя от на взаимодействие взаимодействия. Следователно, този показател е мярка за структурата на стопилка, естеството и силата на взаимодействието между компонентите в сплави, както и връзката между твърди и течни държави.
За характеризиране на вискозитета на течността преминава вискозитета или вътрешното триене на. нарича динамичен вискозитет. Това е числено равна на силата на триене между двата слоя с площ равна на единица за градиент скорост равна на единица.
В метали, динамичният вискозитет се увеличава с увеличаване на температурата на топене. За всички метали се намалява с увеличаване на температурата на нагряване. В евтектични сплави обикновено се намаляват стойностите на вискозитета. Промяна на вискозитета на състава на сплави промяна е неясна, комплексно и зависи от силите на взаимодействие. Замърсяване на разтопени суспендирани частици на шлака или оксид придружени от значително повишаване на вискозитета.
Сравнение на вискозитета (Pa.):
Вода (25 0 ° С) - 0,00089;
Стомана (1600 0 ° С) - 0.0050 - 0.0085;
Желязо (1600 0 ° С) - 0.0045 - 0.0050.
Повърхностно напрежение е числено равно на броя на повърхност свободна енергия за единица площ на интерфейс между вещество под внимание и вакуум. Повърхностно напрежение предизвиква стомана омокряемостта и адхезия засяга естеството и степента на струята на вторичен окисляване на метала по време на разливане от пещта за топене и леене. Периодът на кристализация на повърхностни явления повлияе на повърхността и обема на концентрациите на компонентите променя съществено образуване на структура, капилярни кинетика трансфер на маса, зародиши, коагулация и плаващ на неметални включвания. Повърхностното напрежение на границата на метал шлака до голяма степен определя усвояването на неметални включвания, образувани по време на дезоксидация, металообработващи синтетични шлаки и леене под защитна атмосфера.
С увеличаване на температурата на топене на опъването на метална повърхност обикновено се увеличи. Така, живак, желязо и волфрам е, съответно, равна, н / м: 0.45; 1.8 и 2.5. Прегряването на стопения метал при 100 0 ° С намалява напрежението от около 2-4% повърхност.
Повърхностно-активни добавки, които са в метала - въз основа се разтваря в много малки количества и са много различни от основата на неговите свойства, значително намаляване на напрежението на стопилката повърхност. Така, 0.1% кислород намалява напрежението на повърхността на желязо до 1,1 N / m, 0.1% калиев намалява напрежението на живака 2 пъти повърхност.
Имоти, които пряко засягат производството на блокове и необходимото качество на отливки, наречена леене. Те зависят от сложни физични и химични свойства, които се проявяват в получените фази по време на охлаждането на стопилката, но не изцяло, определени от тях. Чрез изливане свойства включват течливост и заетостта на плесени, свиването и свързаните с процесите на различни дефекти, тенденцията към образуване на дефекти на базата на неметални и газ включвания активност взаимодействие с околната среда и контактните материали, стрес на първичен и вторичен кристализация леене и пукнатини резистентност, химична и структурна хетерогенност. Най-добрата комбинация от свойства леярски сплави имат много евтектична. Iron тънколивкост значително по-висока течливост стомана.
Свързани статии