Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Сборник научных трудов

Теплофизические явления при кристаллизации металлов.

Накоряков В.Е. (ред.)

Новосибирск, 1982 г.

ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ И ЗАТВЕРДЕВАНИИ РАСПЛАВЛЕННОГО СЕЛЕНА. А.С.Басин, В.А.Алексеев, С.В.Станкус, Б.И.Соколовский. - Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 5.

Представлены результаты измерений плотности р и термического коэффициента расширения 6   вблизи линии кипения жидкого Seв интервале температур   Т от плавления до ~ 1250 К, а также результаты наблюдения изменений плотности при стекловании, кристаллизации и плавлении. Эксперименты проведены метопом просвечивания образцов высокой чистоты узким пучком гамма-излучения.

 

АНАЛИЗ ПОДОБИЯ В ПРОЦЕССАХ ПЕРВИЧНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ. А.С.Басин. -Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 20.

Получены универсальные аналитические соотношения, выражающие правило равновесного рычага для бинарных систем в вице температурной зависимости.

 

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ СТЕРЖНЕВОЙ ЭВТЕКТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ. Ю.И.Петухов, Л.В.Потатуркина, А.А.Фурсенко. Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 32.

Предложена неравновесная модель формирования стержневой эвтектической структуры в бинарных сплавах при направленной кристаллизации. Разработан численный алгоритм построения кривых, описывающих форму границы раздела фаз. При построении кривых кинетика процесса задана законом, связывающим скорость нормального перемещения границы с локальным переохлаждением; учтено влияние поверхностной энергии на равновесную температуру.

Проведено сравнение теоретических, вытекающих из модели, и экспериментальных результатов для сплавов Ti-Znи Au-Co. Получено удовлетворительное совпадение.

 

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЕ БИНАРНОГО СПЛАВА Al-Cu.    Ю.И.Пету-хов, В.И.Полякова. - Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 42.

На основе сформулированной ранее авторами неравновесной модели процесса роста ячеистых структур рассмотрены закономерности перераспределения примеси по сечению дендритов в бинарном сплаве Al-Cu.   Численными методами построена форма дендрита, установлена зависимость концентрации примеси на вершине от скорости кристаллизации, получено аналитическое соотношение   для

радиуса кривизны поверхности в окрестности вершины, вычислена зависимость температуры на вершине от скорости. Результаты расчетов находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Проведенные исследования показывают, что неравновесная модель может использоваться для прогнозирования микросегрегации в указанном сплаве.

 

К ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗОУСАДОЧНОЙ ПОРИСТОСТИ ПРИ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВОВ. А.Н.Черепанов, В.Н.Попов. - Теплофизичес-кие явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 51.

Рассматриваются термо- и гицроцинамические условия образования газоусадочной пористости при неравновесной кристаллизации сплавов. Появление газовых пор связывается с потерей давления при течении расплава через переходную гетерогенную зону и вытеснением растворенных газов растущими ветвями денцритов. Учитывается влияние поверхностной энергии на процесс возникновения газового пузырька. Исследуется влияние скорости кристаллизации, внешнего давления и кинетики роста дендритов на пористость, размер образующихся пор и некоторые механические свойства затвердевающего сплава. Показано, что увеличение скорости кристаллизации (скорости охлаждения), как и давления в системе, ведет   к уменьшению пористости и размера самих пор, что благоприятно отражается на прочностных свойствах металла - увеличивается модуль упругости Юнга.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ПЛАВЛЕНИЯ В ЛЕГКОПЛАВКИХ СПЛАВАХ. А.Б.Каплун. Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 64.

Проанализированы результаты исследования фазовых превращений в сплавах индий-галиий, свинец-висмут, галлий-индий-олово, проведенных с помощью разработанного в Институте теплофизики СО АН СССР вибрационного метода фазового анализа. Приведена теоретическая оценка чувствительности метода к количеству выпадающей из расплава твердой фазы, и показано, что чувствительность может достигать 0,001% (по объему). Показано, что этот метод позволяет исследовать фазовые превращения как в статическом, так и в динамическом температурных режимах; надежно определять температуру ликвидус и переохлаждения, а также зависимость переохлаждения от скорости охлаждения; качественно определять скорости установления равновесия. Исследовано влияние зональной и гравитационной ликвации на результаты измерений. Установлено, что линии ликвидус и переохлаждения продолжаются в области температур ниже эвтектической. Приведены новые экспериментальные результаты для системы галлий-индий (30-100% индий). Определены эвтектическая концентрация и температура системы галлий-индий-олово.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО. В.С.Берцников, В.Л.Борисов, В.И.Панченко. - Теилофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 77.

Представлены результаты экспериментальных исследований пространственной формы изотермического течения в неподвижном цилиндрическом тигле, возбуждаемого равномерно вращающейся моделью кристалла. На плоской модели проведены исследования тепловой гравитационно-капиллярной конвекции.

 

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИОДАТА ЛИТИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПЕРЕПАДА. И.В.Николаев, Б.И.Кицяров. - Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. 93.

Для процесса выращивания монокристаллов ионата лития из водных растворов методом температурного и концентрационного перепада сделаны оценки влияния утепления боковой поверхности зоны роста на перепад температур но высоте столба раствора при отсутствии циркуляции между зонами кристаллизатора; оценено влияние высоты крышки над зеркалом раствора и ее толщины на интенсивность конценсатообразования, а также произведена оценка влияния принудительного перемешивания раствора вращающимся кристаллом на перенос тепла в растворе.

 

ПОИСК РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СЛИТКОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ИХ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ. А.А.Позняк. - Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982, с. Ю8.

На основе исследования теоретически определенного напряженно-деформированного состояния непрерывно-литого слитка при вариациях значений предела текучести, модуля сдвига, разрушающих напряжений и деформаций определено, что величина   Д относительных вариаций входных данных вызывает относительное изменение расчетных результатов на величину, не большую чем   Д . Сравнение теоретических прогнозов и экспериментальных результатов о растрескивании медных слитков показало, что построенная физико-математическая модель достаточно адекватно"описывает явление растрескивания слитков в процессе их затвердевания и охлаждения в зависимости от параметров режимов охлаждения и скорости литья. С помощью численного эксперимента определена рациональная (обеспечивающая минимальную тенденцию слитка к растрескиванию) область изменения характеристик интенсивности и равномерности режимов охлаждения слитков из стали 45.

 

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК СЛОЖНОЙ ФОРМЫ. В.Н.Карножишшй, А.И.Муница.-Теплофизические явления при кристаллизации металлов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1982 с. 1 20.

Термодинамическое состояние кристаллизующегося сплава, заполняющего сложную область, описано специальной системой уравнений в изопотенциальной системе координат, которая построена на основе предварительной дискретизации исследуемой области изотермическими поверхностями с учетом неоднородности граничных условий. Параметром геометрической сложности области служит темп изменения площади изотермических поверхностей в направлении линии тока или изопотенциальной координаты. Фазовые превращения происходят на изотермической поверхности кристаллизации. Разность между температурой этой поверхности и локальной температурой неизотермической поверхности кристалла равна переохлаждению.

Скорость проникновения в глубь расплава изотермы кристаллизации регулируется режимом изменения температуры охлаждающей среды. Варьируемыми параметрами являются коэффициент контактного теплообмена, начальная температура сплава и кристаллизатора, инерционность и коэффициент теплообмена на поверхности кристаллизатора.

Ил. 1, библ. 18.