Дендритный рост и металлов с низкой температурой плавления.
В металле начинается рост дендритов, если скорость кристаллизации 5 см/с при гетерогенном образовании зародышей и 50 м/с при гомогенном. Фактором, определяющим дендритную кристаллизацию, является большая скорость кристаллизации.
Температурный градиент положителен, если перед плоскостью кристаллизации температура выше, чем на межфазной границе; если grad Т отрицателен, то температура перед плоскостью кристаллизации ниже, чем на межфазной границе, и расплав переохлажден.
Определяющее влияние на характер кристаллизации оказывают примеси, являющиеся причиной возникновения переохлаждения расплава перед фронтом кристаллизации. Такое переохлаждение называют концентрационным.
Если перед фронтом кристаллизации возникнет отрицательный температурный градиент, то первоначальная плоскость затвердевания начнет распадаться, из-за возникновения переходных структур, и, в конце концов, пойдет дендритная кристаллизация.
Для сплавов олова со свинцом получено соотношение между типом кристаллизации, скоростью кристаллизации v, см/с, и температурным градиентом grad Т, К/см, при разных концентрациях примесей (олова). Результаты, приведенные на рис.1.27, подтверждают, что существует линейная зависимость между концентрацией примеси и отношением: grad T/v. При данном температурном градиенте склонность к дендритной кристаллизации будет тем больше, чем больше скорость кристаллизации v (для определенной концентрации примесей С0). При постоянном отношении grad T /v с ростом концентрации примесей начинается дендритная кристаллизация. Переход от ровного фронта кристаллизации к разветвленным структурам ячеистого и дендритного типов определяется кривыми на рис.1.27.
Можно ожидать, что возникновение ячеистой или дендритной структуры должно наступать при очень низких концентрациях примесей в
Рис.1.27. Области типов кристаллизации.
Рис.1.28. Типы кристаллизации.
подходящих условиях. Если после возникновения ячеистой структуры, являющейся переходной между плоской и дендритной, целесообразно обновить плоскость кристаллизации, то следует либо увеличить температурный градиент, либо уменьшить скорость кристаллизации v. На рис.1.28 даны примеры постепенного перехода плоского уровня кристаллизации в разветвленную структуру ячеистого (дендритного) типа кристаллизации. В процессе кристаллизации образуются ячейки. При разветвлении структуры легко нивелируется вызванное сегрегацией примесей переохлаждение расплава (концентрационное переохлаждение), потому что диффузия протекает на большей поверхности, чем плоскость кристаллизации.
2. Исследования тепловых процессов.
2.1. Техника измерения температуры.
Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории, температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул. Температура не поддается непосредственному измерению. Поэтому о значении температуры судят по изменению физических свойств тел.
Все температурные измерения основывается на международной практической температурной шкале (МПТШ), представляющей собой систему постоянных точек температур равновесия твердой и жидкой фаз ряда чистых веществ, в частности - металлов,
Для пирометрии литейных процессов наибольший интерес имеют следующие точки МПТШ.
Металл Pb Al Cu Ni Pd Pt
Температура
Затвердевания 327,3 660,1 1083 1453 1552 1769
°С
Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки устройств, применяемых в промышленности или в научных исследованиях.