Теория и характеристиките на топене
Метали различни от останалите твърди вещества от наличието на свободни електрони. Тези електрони не са свързани с всеки отделен атом и ход около метала. Свободните електрони определят свойствата на метали, като например еластичност, проводимост, и др. Специфичността на метално състояние на твърдо вещество, по същество запазена след сливане. Специалното естество на т.нар метален връзка води до възможността за образуване на различни смесени кристали (сплав).
Процесът на топене на метали и сплави е доста сложно поради "припокриване" на взаимно различни физични и химични явления, обаче, е по-лесно да представи същността от процеса на кристализация. Това се дължи на факта, че топене не изисква образуването на ядра, и прехода от твърдо състояние в течността започва веднага след като метал или сплав се нагрява до температура на начало на топене.
Някои прегряване над температурата на топене е необходимо да се стопи кристал започва в него. Топене - дори относително прост процес, тъй като стопената сплав има структура malozavisyaschee от условията на образуване.
В топене твърдата фаза има практически не преразпределение химикали.
Известно е, че кристални тела характеризират строг периодичност в подреждането на частиците. В същото време, сили, които държат атомите в възлите на кристалните решетки са много малки. Достатъчно топлина се атома, така че те се отклоняват от равновесното положение на значителни разстояния. Той установява, че при стайна температура количеството топлинна колебание може да бъде 5-10% от interatomic разстояния.
Най-важните начини за усвояване на топлинна енергия твърд метални тела са методи за увеличаване:
1) на колебанията на интензитета на атомите,
2) транслационно движение на електронна енергия (ги възбуждане)
3) енергията на въртеливо движение на молекули.
При нагряване на метали и сплави от обикновена температура до температура на топене настъпва непрекъснато усвояване на енергията, която се консумира за увеличаване на интензивността на споменатия трептения и движения. До определен момент от време, всеки атом е в своето обичайно място и заобиколен от съответен брой на близките атоми, намиращи се на разстояние приблизително съответстващи на перфектна структура. Но идва момент, в който тези разстояния са нарушени или един атом се променя броя на съседните атоми. Този период се характеризира със значително увеличение в предварително топене структурни дефекти на различни видове.
Схема 1. Класификация леярски сплави
От горното следва, че броят на свободните работни места, зависи главно от температурата. Например, едно свободно място на алуминий на 1012 атома, при стайна температура и при точката на топене - 103 само атоми. За алуминий Ea = 0.75 ЕГ. Трябва да се отбележи, че наличието на едно работно място за 1000 атоми типичните твърди метали близо до точката на топене.
Feature premelting - значително интензифициране на дифузия, процес - се дължи на факта, че атомите са в състояние да пътуват на дълги разстояния, дължащи се на увеличаване на броя и разположението на тяхното движение.
При топене нарушени термодинамична стабилност на кристалните решетки и характеристика на процедурата твърдо състояние за подреждането на атомите (молекули или йони). Полученото твърдо вещество кристална форма тяло насипно последователността, има рязка промяна (увеличение) на вътрешната енергия, обем, ентропия и други физични свойства на метали и сплави. Сплави, за разлика от една съставни вещества, отливани в температурен диапазон в зависимост от техния състав и налягане.
Топлината, генерирана в единици на топене в резултат от изгаряне на гориво или друг процес, прехвърля метален заряд твърдо вещество и предимно консумира за топлинно разширение, което е следствие от увеличаване на вибрационното движение на атомите в сравнение с техните нормални равновесни позиции.
С повишаване на температурата, увеличаване колебателно движение и твърдото вещество, минаваща през регион на нестабилни състояния, тя се превръща в течност. Към този процес може да бъде завършена напълно, в работното пространство на пещта трябва да се доставя количество топлина, необходима за отделянето на атоми от нормалното си положение на равновесие и да компенсират различните загуби, свързани процеси топлина на топене.
Съответно на топене може да се разглежда като преход от състоянието, в което атомите в решетъчни Ras кристалните правилно поставени в състояние, при което се разрушава решетката. Имайте предвид, че преходът към течно състояние не винаги да доведе до пълното унищожаване на кристалната структура. Но през 1921 г., A. Лебедев показа, че течности могат да отговарят на определени условия ред на молекулите, които се проявяват в това, че в обем някои сайтове ultramicroscopic молекули образуват пренебрежимо малки кристалити размер. Такива форми са открити в течности при температури, близки до температурата на топене. Пълно унищожаване на остатъците кристалната структура може да бъде постигнато само чрез по-нататъшно повишаване на температурата на стопилката и продължително излагане.
Отличителна черта на много процеси на топене в леярни е необходимо да се постигне температура трансформация твърд заряд в състоянието, в което остатъци от държавна структура твърдо вещество ще бъдат унищожени възможно най-голяма степен. Това осигурява, например, желаната механични свойства в много сплави, по-специално на чугун.
Когато топим метал увеличения обем от 3-4%, което трябва да се вземат предвид при изучаване кристализация отливки във формите.
Трябва да се подчертае, че по този начин е постигнато на качеството на бъдещите отливки безразлични с какво интензивност и средата, в която се извършва топене, и това, степента на прегряване над температурата на топене. Тези фактори впоследствие може да има решаващо влияние върху кристализацията на крайната отливка и неговите свойства. Например, голямо влияние върху кристализацията на частиците имат (субстрат) са на разположение в стопилката, образуваща гранична повърхност. Те могат да служат като източник на хетерогенно нуклеиране на кристали. На тази повърхност, ако е намокрена с течен метал, може да се образува ембриони и формирането им изисква по-малко разходи за енергия. От голямо значение е ъгълът на контакт между субстрата и разположен върху него ембриони твърда фаза.
Ако контактният ъгъл 0 е малък, енергията на граничната повърхност между твърдата фаза и субстрата повърхност е малък. В този случай течни метални атоми лесно образувани ембриони твърди частици върху повърхността на субстрата. Когато 0 = 180 °, субстратът не влияе значително на процеса на образуване на активни центрове, тъй като повърхностна енергия на граничната повърхност на твърдата фаза и субстрата е достатъчно голям.
Ако ъгълът на контакт е малка, нуклеирането случва Pu незначителен преохлаждане, но ако ъгълът на контакт е голям, 0 изисква голям преохлаждане.
Почти всички леярски сплави в течно състояние, съдържащ определен брой малки неразтворимите онечиствания, които могат да окажат влияние върху условията на кристализация. Ето защо сплави (в течно и твърдо състояние) трябва да се отдаде на системите за колоидни.
Отличителна черта на колоидни системи от този вид е, че те са lidispersnost. система от символи и получената способността на някои взаимодействия пряко свързани с топене и прегряване на метали или сплави условия. Много леярски сплави, особено в цвят, съдържат летливи съставки. В леярни следователно широко използвани във вакуум топене. При всяка температура над абсолютната нула, всички вещества, предимно течност се изпари. Молекулно-кинетичната теория дава обяснение за това явление. На повърхността на течен или твърд енергията на отделните молекули, е значително по-голяма от средната стойност за дадена температура. Тази енергия може да бъде достатъчно за разделяне на молекули и тяхното дисперсия в околната среда. Скоростта на изпаряване на веществото се определя от парно налягане в зависимост от температурата и външното налягане на други газове (например въздух) в продължение на изпаряване вещество. Налягането на парите на изпаряване вещество зависи от природата, температура и повърхност кривина и е почти независим от налягането други газове изпарителните вещество. Въпреки това, скоростта на дифузия на пара засяга цялостната намалява скорост на изпарение с увеличаването на добавената налягането на газа в системата. Това обстоятелство се взема предвид и се използва в действителния процес на топене, за да се намали загубата на летливите компоненти на сплавта.
Скоростта на изпаряване може да бъде значително намалена, ако свободната повърхност на изпаряване течност за покриване на повърхностно активния слой е достатъчно голяма дебелина. Шлака слой на стопения метал и пречи на изпаряване е желателно по време на нормална топене.
Това РТР брой равновесие на молекули на единица племето проникващи през интерфейсния блок от течност на парите, панели брой молекули преминават от пара в течността. налягането на наситената пара на всяко вещество зависи от температурата и се увеличава с нарастването. Премахване на изпарения от повърхността на изпаряване насърчава константа "вентилация" на тази повърхност, причинени от различни причини (движение пламък, продуктите на горенето въздух и посев т. П.). По-голяма турбулентност на газовия поток през изпаряване тялото, по-пара се отстранява и скоро потоци процес изпаряване. Ако налягането на наситената пара става равна на външното налягане или надвишава малко, изпаряване е не само от повърхността на течността, но също така и вътре в нея. Това прави мехурчета, на пара, се покачват бързо и покачването на повърхността. Изпарение постъпленията до възпаление.
Изследване на физико-химичните закони изпаряване от голямо практическо значение за топене във вакуум.
Още по темата:
Свързани статии:
Свързани статии