Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента

Подождите немного. Документ загружается.

эксперимента.

с его помощью

определяли

величинь|

поверхностного

г1атях{ения

таких

легкоплавких

спла-

вов,

как

магний

алюминий,

алюми\ттай

медь'

*!ето0

леэюащей

каплц

|1ри

контакте

двух

)кидких

фаз

межфа3ное

натяжение

равно

ра3ности

поверхностного

натяжения

для

чисть|х

ж,идкостей.

||ри

контакте

х<идк0сти

твердым

телом

ж}цкость

растекается

по его

повеРхности,

о6разуя

каплю.

Аля

определения

п,оверхностного

натях{ен'ия

и3ме.

ряют

контуры

капли

жидкости

на

твердом

материа-

ле или

профиль

капли'

локащей

на

лругой

х{идкоъти'

например

шлака

на

металле.

}1етодика

исследования

сводится

расплавлению

капли

металла

на

горизонтальной

огнеупорной

под-

л,ох(ке.

!,ля

нагрева

поль3уются

трубнатьтйи

печами

сопротивле!{ия

илп

||ндукционнь1ми

печами.

||лавку

проводят

вакууме

или

в атмосфере

нейтральног[;

га3а.

(ап.:лю-

фотографируют

14ли

делают

рентгеновский

снимок.

€

помощью

диапроектора

изобрй>кение

капли

увеличивают

на экране'

и3меряют

ее геометрические

параметрь|

по ним

рассчить1вают:

поверхностное

на_

тях(ение',краев'ой

у1гол

смачи1вания,

м,е>кфазную

энер_

гию,

работу

адге3ии и

т. п.

|1о массе

капли

и по

вь!-

численному

объему мох(но

определить

плотность

ве_

ще'ства.

|(раевой

угол

смачивания

п9

формуле

.[|апласа

ра-

вен

б'."

б..*

{

мости

от состава

или

температурь] могут бь:ть

полуненьт

ра'счетом

переменнь!х

по

уравнеЁ]{}Ф]

бт.:к:1б1.1-:6ц..

3656.

||оверхностное

натяжение получают

ре|шением

урав-

нения поверхности

капли:

(1/&+1/д':(Р:-рэ)

$х*2о/Ро'

(38)

где

поверхност!1ое |1лу\

;межфазное натя)кение

на

грашице

ра3дела фаз;

&э

главные

радиусьт

кри'

визны элемента поверхности

Рассматриваемой

точке;

&о-РаАи}с

криви3ны в

верш'и'не капли;

р2-плотность

среды' в

которой

находится капля;

п/тФт||Ф€ть

вещест8а капли;

8-ускорение

силы

тя}|(ести; }-(Ф'

ординать1

точки на поверхности

капли по вертикальной

оси.

6. й. ||опель предло}кил

прибли>кенное

графинеское

интегрирование

этого

уравнения.

Бсли

считать

каплю

симметричнь!м

телом вращения относительно

осп

(рис.

59)'

то

достаточно'

определить

ли1]]ь координать1

точек контура

капли. 8сли

по координатам

точек

соетавлено

уравнение

кривой ,'

то

для

любой

ее

точки

радиус

кривизнь|

вь|ра3ится

сло}кнь|м

дифференциаль-

нь1м

уравнением.

}1етод

расчета

состоит

в приближен-

ком

графическом

интегрировании

основного

уравнения

поверхности

калл|1'

Рис.59. 6хема капли

металла

ва твердой

подлох(ке

(а)

геометрия

ле)ка'

щей

капли

(6)

|1оверхностное натях(ение

мо}кно

так}ке

рассчить|_

вать

по

формуле:

о:

а2р9,

где

о2

кваАрат

капилляр-

ной

постоянной;

плотность;

ускорение

силь!

тях(ести. 8елипину

о2 опреАеляют

по коорди}]атам

точек

концра

капли.

[лавнь:ми

источниками

ошибок явля|отся

}1ё€|4['1й€т:

ричность

капли,

отклонение ее

от

тела

вращенц8."

{ем

сов0:

(37)

б:к.

|А€

бт.г

поверхностное

натя}кение

на границе

твердое

тело

га3;

,от.}к

то

8€, твердое

тело

х{идкость;

бвк.г-то

х{е'

)кидкость-газ.

Ёсли бт.'*{>!оь.г'

то

крае_

в,ой

угол^более

90'. Бсли

бт.яс{,Ф.г, то

краевой

1}гол

мень1пе

90'.

Бсли

,бт.г:бт.:к*фд'11

1Ф

метал]т

булет сма-

чивать

поверхность

подло>кки.

/!1ех<фазная

энергия

мо}кет

бьтть

определена

и3

краового

угла

и поверхност-

ного натя)кения

}кидкости,

если и3вестна

поверх}{остная

энергия

твердого

тела.

Бсли

она неи3вестна,

но

остается

постоянной'

то

и3менения

межфазной

энерг|114

в 3аъ|1с||-

!40

}

:!}

"]1

'т

:..

-т-

)

2/-

6т,'с

6',,

1.41

блих<е

форма

капли

телу

вращения'

тем

она

дол)кна

бь:ть

меньше

тем

труднее

определя1'ь

ее

ра3мерьт.

€ушествует

метод

определения

поверхностного

на_

тя)кения

с пр'именением

та6лиц

для

расчета

по

урав-

нению

(++"Р)

:+*я

Ф*

-Р,)

а,

(3э)

гАе

радиус,

проведеннь:й

вершине

ка,лли; 2

вертикальная

координата;

гори3онтальная

коорАй_

ната;

9-у!ол,

образуемьтй

радиусом

криви3нь]

дан-

ной точке

осью

вращения.

9кспериментальной

трудностью

метода

ле:кащей

капли

является

необходимость

соблюдения

строго го-

ризонтального

располо}кения

капли

и совпадения

опти-

ческих

осей,фотоаппарата

и объекта'

9аще всего

печь

фотокамеру

устанавливают

на одной

оптической

скамье

(рис.

60).

Бодоохла>кдаемьтй

корпус

печ'и вместе

с нагревателем

откать1ватот

сторо}{у

по

]рельсам,

открь|вая

доступ

к подло)к1{е.

|!одлох<ка

располох{ена

на

молибденовой

ил'п нио6певой

подставке,

укреплен-

ной

корундовой

тру6е,

которая

3акреплена в

стальной

трубе.

€ъемку

ка|сли

мох(но ,вости

как

!с

пом'ощью

пле_

ночного

фотоаппарата,

так

и на

пластинку.

1очттость

съемки

на

пластинку

вьт||]е.

}величение

на

пластинке

ил|\

на

пленке

находят

по

съемке

эталонного

образт{а

и3вестнь*|!ми

ра3

мер

ами.

Рис.60'

€хема

уста:товки

для

измерения

|1лотности

пове'|,^ностного

натя.

х(ения

металлических

расплавов:

1^--^1:},..'1,_'3^'1"]1]:

фотокамера|'

оптическая

ска}1ья;

нагре_

|'."*.,;^-9^-

пяедо_19

н1чуая

задвижка;-_6

уплотнение

вильсохй|

о?оба;

Фланец;

винтовой

_держатель;

корундовая

трубка;

гор{.!и*

спай

термопары;

^[2

капля; .[3

экр!н;

"6йоййвод

142

Больтшой

точности

можно добиться'

применяя

рент_

геновскую

съемку

контура

капли.

Ёа

опьттноц^}станов_

ке

пр,о'и3водили

съе'мку

1<апли

'с

экспо3ицией

20_40

;;.;{;;;;;1Б

б''..

мм

интервале

1000-1800"

с'

}}4сточник

рентгеновского

и3лучения

(аппарат

||9-19_|

позволяет

получать

рентгенограммь1

резкоочерченнь1м

контуром

капли.

|1рименял'и цилиндрические

образцьт

'ма'ссой

1-3

г'

Расплавление

вь|дер}кку

ло

установления

температур_

ного

равновесия

производили

в атмосфер9--|ч+и::

|1ара-

метрь1

капли

измеряли

на

микроскопё

уим-2\

точ-

ностью

0,00015

см.

|{ри

определен"и

ме)кфа3ного

натя)кен'ия

}кидкого

1плака

металла

каплю

1шлака

помещают

на

каплю

>кидко}о

металла

|1л|1

)1<14дк|1й

металл

помещают

1плак

прои3водят

рентген'осъемку'

1(апля

}кидкого

шлака

формируется

на

металле

виде

лин3ь|

(рис'

61)'

"'}_

няя

часть

которой

погру)кена

металл'

'[1'ля

учета

'"'.'

б.

|4.

||оЁель

прийёнил

определенную

'систему

уравнений.

{

ц,

{

Рис. 61.

6хема

кап_

ли 1плака,

ле:кащей

на

металле

|[0ини'мая,

что

/-а:0,

о*."

0оФ

бм.т',

соз$

Ф*:0'

по3воляет

определить

бм.хш

(о,,

з!п0)7в!п

ош'."

з|п0

бм.тп

5|пр:0

Ретшение

этих

уравнении

б"_б*

соз0

!,ля

измерения

мех<фа3ного

натях{ения

на

границе

1плак

х{еле3о

каплю

шлака

помещали

на

х{идком

>келе_

зе,

для

чего

из

гра:фитовой

тру6ки

на

повердность

рас-

плавленного

х<елез6

вь1да,вливали

аргоном

каплю

изу_

;;;й;;

й,'*,.

Фотографирчвание

капл'и

осуществляли

!'."',,,''

фотоаппаратом.

|1осле

проектирования

кон_

143

/1еполл

о*

в1п

тура

капли

на

диапроекторе

определяли

краевой

угол

контакта

объем

капли.

Более

сло)кнь|м

является

метод

рентгеносъемки.

печи

сопротивления

угольнь[м

нагревателем

оаспо_

лагали

тигель'

в которь:й

п,омещали

10_г

металла'и

3о .

!!1лака.

!,ля

просвеч,ивания

печь

|{мела

горизонтальный

канал'

закрьттый

с торт!,ов

слюдой.

Рентген6вская

трубйа

имел.а

9Ринцовую

,диафрагму

для

ограничения

_путка

луней.

Ёа

противополох{ном

конце

печи

строго

верти-

кально

устана,вливал_и

кассету

рентгеновской

плет|кой

свинцовь1й

экран.

(алибров*у

п}оизвод"л^

,'й'й,й

!царика

определенного

размера.

!,остоинства метода

локащей

капли

обусловили

1пирокое

применение

этого

способа.

раснетны!:

форму-

ль1

определения

поверхностного

натях(ения

не

входйт

величина

краевого

угла

смачивания'

которьтй :мойет

бьтть

определе'н

в этом

х{е

опь1те

наряду

поверхност_

:{ь|м

натя)кением.

1,]сследования

мо)|(но

прово.{ить

вакууме

и в

га3овой

атмосфере.

}1етод

по3воляет

по-

лучать

весьма

точнь|е

надех{ньте

ре3ультаты

для

больт.шинства

металлов

и сплавов.

(

его

недостаткам

0тносятся

трудоемкость

расчетов'

трудности

при

исследовании

сплавов'

содёрх<ащих

компон0нтьт

вь:сокой

упРугостью

пара.

.[,ля

полунения

точньтх

ре3ультатов

следует

тща-

тельно

и3мерять

профиль

капли'

добиваться с1рого

го-

ризонтального

ее

поло>ке-н'ия

для

получения

тела

враще-

ндя

правильной

формь:.

Ёеобходимо

принимать

строгие

мерь|

против

3агря3нен'ия

металла

капли,

так

как

ма-

леишие

примеси

влияют

на

ре3ультать:.

.[ля

примене-

ния

этого

метода

необходимо

иметь

каплю

достаточно

больших

ра3меров.

в.

н.

0ременко

Б.

и.

нийенйо

пРеАл'о>кили

метод

большой

капли

для

точного

опреде_

лен'ия

поверхн|остного

натяжен,ия

х(идко'стей,

смачи!аю_

щих

и.не

смачивающих

материал

подл'ох(ки.

Ёа

рис.

приведена

схема

профиля

больтпой

капли.

б отличие

от

рассмотреннь1х

вь11пе

способов,

когда

кап_

ля

}кидкого

металла

покоилась

на

плоской

подлол(ке'

этом

методе

капля

)кидкого

металла

находится

огне_

у::ц1ч

чаше

ровнь1ми

острь|ми

краями,

оор'щййй-

ми

правильную--окру)кность

для

гарантии

точной

сим_

метрии

капли.

9асть

капли'

вь:ст!паюшую

и3

ча1ши'

легко

сфототрафировать

и_ измерит!

ее

геометрические

параметрьт.

1(раевой

угол

0 зав,иёит

от

степени

смачива-

144

ния

ма-териала

ча1пи

)кидкостью'

угол

сре3а

кромки

ча|пи.

}стойчивая

капля

образуется

в п:ироком

диапа3о-

не значелий

угла

определяемого

неравенством

с[<9<0.

}гол

мох<ет

бьтт|

легко

доведен до

10_20.,

9,..

62.

€хема

профиля

боль1|]ой

капли

Рис.

63.

€хема

установки для из- г--

мерения

плотности

металлов'

мето-

|ц'-

дом капли

во

взвецгенном

сос!ой-

нии:

1_уплотнения;

2_индуктор;

)к_!цкий

металл;

ц-ё1а6ц]йзйру-

ющее

кольцо;

5_9

оптическая

си-

стема

для

съемки

капли

металла

кинокамероЁ;

.{0

керамнческий

шток;

,,[

основание

поэтому

даннь:й

метод

мо}кно

применять

для

х(идко_

стей,

значительно

смачивающих

матер'иал

чаш:'.

точ_

ность

и3мерений

достигает 0,59..

А4ето0

каплц

во

в8ве[ценном

состояншш

Ра,сплавляемая

капля

<<п,одве1пивает'ся>)

электр'омаг_

нитном

поле.

€хема

установки_

приведена

на

рйс.

63.

1(апля

принимает

оферинескую

форйу

под

влиянием

сил

поверхн'остного

натях{ения'

так

как

отсутствуют

силь|

гравитации.

(апля

на'ходится

состоянии

непрерывного

двих{ения

под

влияни0м

энергии'

свя3анной

обра3о-

ванием

поверхности'

,и

кинетической

энергии

дви}кения'

связанной

наличием

электромагнитного

поля.

/!1атема_

тически

обоснована

теория

осцилляции

формь:

й'.'й,

основанной

на

маль1х

вибрациях

4идкой

'тиасс"т

"'*ру|

сферинеской

равновесной

формьт.

€ийметриннь:е

вибр1-

ции

капли

могут

быть

подсчитань1'

частота

осцилляйий

отсутствие

гравитации

функционально

свя3ана

по_

верхностнь1м

натяжением.

€ помощью

скор,остн|ой

кино-

{

1!.

)

ц.

)

145

съемки

фиксируют

дви>кение

ка]пл1и.

3атем

пр'ооктируют

п'олученнь1е

изобра>кения

на экран

и'

зная с'корость

съем-

Б!,

определяют

частоту

осцилляций,

т. е.

время,

3а которое

происходит

полньтй

цикл

изменения

ее

фор-

мьт. Расчетное

уравнение

имсет

вид:

б:ц|вт

п1

Ф2

где

поверхно'стное

натя)кение;

/п

масса

капли;

частота

осцилляций

в секунАу.

!!1ассу

капли

опреде_

ляли

в3ве1пиванием

после

опь1та.

1емпературу

и3меря-

ли

оптическим

способом.

]|1ето0

максшмальноео

0авлен!1я

п!3ь[рьке

еа3а

(апилляр,

и3готовленньтй

из

материала,

инертного

по

отно1пению

расплаву'

погру)кается

>кидкий

шлак

или

металл.

9е!ез

капилляр

продувается

инертньтй

газ

Рис. 64.

€хема

устаповки

для

определения

поверхностного

натя'(ения

шлака:

_капилляр;

2-крепление капилляра;

3-микрометр;

4_наклоннь1й

мано'

метр;

5-пень

1аммана;

6-шлак;

7_ввод

термопарь1

146

0о0а

и ].1змеряется

максимальное

давление'

необходимое

для

отрыв-а пу3ь1рька

конца

капилляра

(рис.

64).

Фбщее

давление' при

котором

образуе!с"

,уз,'р,,

равно

гидростатическому

давлению

силе повер!ноёт_

ного

натя)кения.

!,авление

в пу3ь1рьке

равно,

|1а:'

р:

(2б/|)

€/о

(р*-Р"),

где

[т-глубина

погрух<ения

капилляра;

!ят

!г_

пло-тность

расплава

и га3а;

(

рад|1ус

капилляра'

кото_

ц',]й

определяет

ра3мерь|

пу3ь1ря'

соо"ветствующие

гра_

диенту

да,вления; о

поверхностн,ое

натя>кение.

,_-41,{у,'е

равно

даЁлению

в манометре

р:внрм

(3десь

вь|сота

столба

}кидкости

манойет|:е]

р*

]

ее

плотность;

ускорение

силь]

тя}|{ести).

|!ренебрегая

величин'ой

!г,

п0л}т{им:

(2о|г)*

9!ор^:9//р"!

9|2)

(Ё

р"-

/т

р*)

(40)

|(онец

керамического

капилляра

3атачивают

на

<<нох{>>'

чтобьт

иметь

'известньтй

ралиус

ка[1у1лляра'

-1ак

как

форма

пузь|рька

отклоняется

о'

с6"ринес-

кой,

то

в измеряемую

величищ

радиуса

капилляра

не-

обходимо

вносить

поправку.

Ёрёдлойено

пользоваться

методом

последовательньтх

прибли>кений

помощью

кап.иллярной

постоянной

находить

правильньтй

раснет-

ньтй

радиус

ка[!илляра.

Бсли

калиллярная

постоян-

ная.'

_фактинеский

радиус

капилляра'

.и-испра1влен-

ньтй

радиус

кал\4лляра

и /т

максийальное

давление

га3а

пу3ь|рьке'

то

в.

перв0м

прибли>кении

а|

:[/!1,

во втором

а|':щ/а1.

|1о

первому

равенству

находят

отно1пение

г|а

и с помощью

таблиц

определяют

щ|г.

|]олуненное

3начение

,с1

подставляют

во второе

уравне-

н'ие и

находят

3начение

&11

д.

Фбь:чно

после

второго

или

третьего

прибли>кения

3начения

становятся

постоянньтми

|| х подставляют

вместо

формулу

(40).

Ёа

рис.

показана

схема

установки

для

определе-

н\4я

поверхно,стного

натя}кения

металлов

методом

максимального

давления

пу3ь1рьке.

Фпь:тьт

проводили

вакуумной

печи

сопр,отивления'

Ёа

крьтшке

печи

смонтирован

механи3м

для

переме-

щения

кат1илляра,

1ллю3

Аля

от6ора

проб

введения

доба,вок,

ввод

термопарь|

смотровое

стекло.

[аз про_

5/вали

через

корундовьтй

капилляр

диаметром

6,'йм.

!1еремещение

капидляра

изйеряли

индикатором

чаёово-

\+7

го

типа

с точностью

0,01

'мм.

}1омент касан14я капилляра

поверхности металла

определяется

по

иска>кению

его

отра}кения

зеркале

металла

вследствие

и3менения

криви3нь|

отрах{ающей

поверхности. 1очность

фиксашии

9того

момента

с0ставляла 0,0б

мм,

Рис.65. €хема

уставовки

для

и3мерения

поверх[{остного

натя)кения

)|(идких

металлов:

.|_печи с

медной стру)ккой и с

титановой

губкой;

2-поглогители

жид'

ким

литиеш; 3_емкость; 4_рё3иновая

камера;

5-индикатор

часового

ти'

г1а1 6

_тензометрический

датчик давления;

7_механизм

перемещения

капил-

ля!а; 8_пшток ё

пробницей;

9-медная

водоохла'(даемая

фурма;

10-кран''

.1/_-'крь!ц{ка; ./2

_}:агреватель;

капилляр;

-тягель;

,[5

термопара;

п6тевци6метр

регйстрации

давления

пу3ь|рьке;

мановакуумметр-:

.18_потенцйометЁ

ЁегистЁации

температурь|;

.[9_потенциометр

регистрац}|й

температурь! в печах

га3оочистки

['аз

трубке

подавали

через

игольчать1й

натекатель.

.[,авление

в га3овом

пу3ь|рьке

и3меряли

датчиком'

состояв1пим

и3

четь!рех

тен3осопротивлений

и3

фольг}'|.

'(ва

тензосопротивления

наклеень|

на

и3мерительную

пластинку,

свя3анную

с чувствительной

,мембраной,

вторые

два

сопротивления

образуют

спервьтми

электри_

ческий

мост'

сигнал

от которого

поступает

на

потен_

148

циометр.

1очность

измерения

таким

прибором

состави_

ла

1,5 |!а.

}(

недостаткам

метода

следует отнести

необходи-

мость

подбора }1ейтральных

по

отно1||ению

расплаву

капилляров

(особенно

при

работе

с агрессивнь|ми

шла-

ками

при

вь1сокой

температуре).

Разру:шение капилля'

ра

не по3воляет выбрать

правильнь|й

расветнь:й

ралиус

п,о'нижает

точно'сть и3мерения.

.{,остоинство

метода 3аключается

хорошей

теоре'

тической

ра3работке

и обо,сновании'

в во3можности

ис'

следования

ра3личшых расплавов'

высокой его

точ'

ности.

!у1ето0

прооавлшваншя

9тот

метод

применяют для

исследова'ния

тугоплавких

металлов.

14змерение

поверхностн'ого

натя}(ения

основа-

но

на

оп'ределении

силь['

во3никающей

при

вдавли_

ван|1|1

графито'вого

щупа

поверхность

>кидкости.

6ила

деформирует упру_

г14й

элемент,

на

которо}1

подве1шен

щуп

и со'ответ'

ствующие

тен3одатчики.

Бозни'кающий

при

этом

сигнал

усиливается'

по-

дается

на о'сциллограф

и3меряется.

€хома

уста-

новки

пока3ана

на

!ис;66.

Бнутри

камерь|

печи

ра'спол'ожен

'медный

во:

доохлах<даемь1й

поддон,/,

'на

котором

,в

лунке

расплавляют

электрон-

"'&",";;#;-}:;"т:#*ё*]""'*3!3:

Ёь1;й г|}9(Фй

,металличес-

дом

продавлввания

кий

образец.

9лектро-

нь1 испускаются

кольцевь||м катодом

7. |'рафитовь:й

шуп

3 подветпен

на танталовом стерх{не 6, прикрепленном к

упругому

элементу 5, на которьтй

наклеень|

тензодатчи_

ки.

датчики

подсоеди1нень| к обмотке

вь1ходного транс-

форматора усилителя.

1_[уп

перемещают

механизмом

|1ри

соприкосновении

щупа

расплавом

датчики

под

воздействием

деформации

1меняют

сопротивление,

вслед-

ствие

чего происходит

разбаланс

моста. €игнал

усил'и-

149

теля'

пропорциональнь]й

измеряемой

леформации'

пода-

ется

на

тплейфовьтй

осциллограф.

|{еред

опь1том

датчики

тарируют

и строят градуировонньтй

график.

|1оверхност-

ное

натях{ен'ие

рассчить]вают

по

формуле

о:Ро7[соз0,

(41)

гАе

Ро

с|1ла

смачивания;

|--

периметр

смачивания;

краевой

угол

смачивания

10. плотность

жидких

РАсплАвов

}становление

3а,висимости

плотности

расплава

от его

еостава

|1 температурь|

позволяет

сделать

определенные

3аключения

структуре

)кидкости.

3се

структурнь1е

превращения

сопровох(даются

изменениями

плотности.

исследование.плотности

позволяет

уточнить

строение

сло)кньтх

растворов. Аля

и3мерения

пйотности

исполь3у_

ют

ра3личньте

способьт.

Р1ето0

еш0ростатшцескоео

в3ве!шцваншя'

&1етод

основан

на

законе

Архимеда.

Б х<идкий

расплав

опускают

поплавок.

}4змеряя

силу'

вь|талкивающую

поплавок'

мо)кно

вь|числить

плотность

расплава.

|[ри

вь1числениях

необходимо

учить1вать

термическое

растпгтрение

поплавка'

по-

верхностнь1е

сильт

ме)кду

поплавком,

подвеской

г:

расплавом'

иска)кающие

подъемную

силу.

|[опла_

вок

не

дол)кен

взаимодей_

ствовать

расплавом.

|19,

о7

6хема

установки

для

опреде-

ления

плотности

расплавов

методом

гидростатического

в3ве]цивания:

1->кидкий

металл;

тигель1

колпачо_к

термопарь1;

4_ввод

тсрмо-

парь|;

,_поплавок:

6_|шток

про-

тивовесом;

7_термопара;

8_сттли}о.

вь!е

стер}(]1||:

про6ка

печи: !0

5!арцевая

трубка;

микроскоп;

.|2

!шлюзь|;

./3

огнеупорная

футе-

Р9вка:

Аинамометр;

:о

терй6ре-

гулятор

Ёа

рис.

67 показана

схема

установки'

помощью

которой

определяли

плотность

расплавов

>килкого

фер_

росилиция.

1(орундовьтй

поплавок

5 объемом

10-20 см3

}1а

1птоке

противовесом

6 подсоединен

динамометру

/4.

|1еремещение

стрелки

дина,мометра

по

1шкале от-

мечается

помощью

оптического

устройства.

[ля

измерения

плотности

1плака

пр].{меняли т11ар'|,1к

из сплава

платиньт

200|1

пь.

в }келезном

тигле

расплав-

ляли ![1лак и

погру)кали

в1

него 1парик'

,имевгпий

объем

1,86 см3 и

массу

35 г. 11-[арик

на

платиновой'

проволоке

бь:л подве11]ен

к коромь|слу весов,

располо)кеннь1х

над

печью.

Бначале

прогревали

пустой тигель'

доводя

его

до

зэданной

температурь]'

3атем нась|пали

1]]лак

и после

сго

расплавления

надвигали

на

печь весь1

1париком'

которьтй

опускали

до

уровня

1плака.

€ помощью

3ерка_

ла

центрировали

1парик

над

1|]лаком.

3атем

с помощью

специальной

передачи

поднимали

тигель

со

1плаком

таким

образом,

чтобьт

шарик

опустился

в тплак.

|1ри

3тФй

}13й€!яли

новьтй

вес

1парика.

€разу

>ке после

опь1_

та

|парик

помещали в

концентрированную

соляную

кислоту

после вь1су1шивания

в3ве1пивал|1

и и3меряли

размерьт.

А4ето0

0шлатометра

3тот

метод

основан на

,измерении

вьтсоть|

расплава'

по-

мещонного

в тигель

и3вестнь|х

размеров.

йспользуют

урав!{ение

для

плотности

расплава:

Р:46|во2н,

Ф2)

где

6-масса

распла,ва;

!-диаметр

тигля;

Ё- вьт-

сота

расплава

тигле.

1игель

с >л{идким

!металлом (рис'

68) подве1пен

на

двух

молибденовь:х

проволоках

к корпусу

установки.

9ерез

верхнюю

головку

печи проходит

!пток'

в котором

укреплень[

1контактнь|е

молибденовь1е

стер)кни'

и3меряю-

щие

уровень

расплава.

€нару>ки

|пток

соедине}{

микрометром.

Фдин

и3

стер)кней

электринески

и3олиро-

ван

от 1птока

и имеет

вь1вод

на омметр.

Бторой

п.олюс

подсоединен

к корпусу

прибора. |1ри

дости>кении

стер}к-

нями

уровня

{металла

цепь

замь1кается.

9тобьт

молиб-

деновь1е

стер}кни

не

растворялись

металле'

они

за_

мь1каются

чере3

дно

корундовой

лодочки,

покрь|тое

гра_

фитом

или

листочком

фольги;

при вспль!вании

пог{лавок

15|

Рис.

68.

€хеша

установки

для измереняя

плот||осги

жидких

металлов:

>к11дк11п

металл:

средняя

часть

печи:

мо-

лиоденовая

подвеска:

молибденовые

стерх<нй,

и3-

меряю''\[{е

уровни

расплава;

графитовый

нагреватель;

6_экран;

7_корпус

певи;

о_термопара;

9_веохняя

съемная

часть

устаЁовки;

/(.,

уплот|{епия;

-[.[

виль-

соновское

уплотнение:

подвих(ной

|цток;

мик-

рометр;

.[4

ампеовольт.

метр;

лод6чцд_-ц6цдд-

вок

1Б2

замь1кает

конта'кт.

Фбъем

тигля

и3меряют

!пр}]

комнатной

темше_

ра'цре,

строят

график

зависимо_

сти

ем]кости

тигля

от

уровня

)к,ид_

кости'

наливаем|ой

в тилель'

п0сле

о1пь|та

по

ур,овню

расплава

определяют

о'бъем

>кидкого

ме-

талла.

/у1ето0

пшкноме?ра

3тот

метод

состо'ит

в том'

что

в3ве1пи'вают

твердый

металл'

3а_

полнивший

в )кидком

оостояни]и

известный

объем

сосуда'

называе-

м0го

1п,и'кнометром.

Ф,бъем

пикно-

метра

о|пределяют

п'омощью

ртути.

Ба>кн,о

подобрать

матер,иал

п|икнометра'

не

в3аимодействую-

щий

ра'сплавом.

качестве

пик_

н0метра

мо}кно

испольвовать

ли_

бо

закрьттьтй

сосуд,

сделаннь]й

из

графита

или

корунда'

либо

ту!-

гель.

йеталл

распла,вляют

корун_

довом

тигле

та'к,

чт0бы

менисх

металла

выстщал

над

'краем

тиг_

ля. ||'о

дости}{ении

определенной

темшературБ

Ё&

11{'|€!]ь

опуска1от

плост(ошараллельный

магнезито-

вь1й

дисл<'

который

вь|давл'ивает

[т3бь[то,к

металла'

оставляя

,ти|г_

ле

количеств0

металла'

соответ-

ствующее

объему

тигля.

|!осле

охлах(дения

и кри,сталливации

металл

взве,шивают

ра,ссчить1_

вают

пло'тность.

[ля

раснета

термичес|{ФгФ

!8€.

1п'ирения

тигля

притутеняют

и3ве-

стнь!е

коэффициенть1

рас1пирения

ил'и

проводят

специальнь]е

и3ме_

рения-

коэффициентюв

рас|11ире-

н,ия.

точно'сть

определения

плот-

;ности

эти,м

сп,особом

0,5%.

1у4

ето0 проншкающеео

!13луценшя

3тот,метод относится

к числу

бесконтактнь|х

методов

пригоден

для

работь|

с агрессивнь|ми

расплавами.

он

дает

во3мо)кн0сть

бьтстро

получать

ре3ультать|.

€ушность

метода

состоит

следйющем.

интенсив-

ность

т-и3лучения'

про!шед1||его

чере3

слой

металла

т'олщиной

/, мо>кно

о|предел'ить

без

унета

рассеяния:

[: !,е_рр'а,

(43)

гАе

1о

инте]-!,сивн,ость

падающего

пучка'

имп/с;

ин-

тенсив'н0сть

п,ото|ка

излучения.

перед

прохо)|{дением

чере3

металл'

имп,с;

!.о

ма'сс,овый

коэффициент

по-

глощения,

см2/г;

||.['Ф1}!;Ф€1Б

,металла,

1/см3;

т'олщина

образца,

см.

|-{усть

плотность

металла

результате

и3менения

температурь1'

и{[1

действия

легирующих

получила

при-

ращение'

г/см3:

р-ро*Ар,

где

а;-плотность

чистого

металла

при

определенной

температуре;

^р

прираще-

ние

пл0тно,сти;

пл'отность

металла

при

другой

тем_

пературе

или после

введен,ия

присадки.

1'огда,

и,споль3уя

формулу

(43),

полуним:

!:|о[у,(ро+^р)

е4)

|1л|| !т:!ое

!Р'ё'

(45)

где

интенс,ивность

проходящего

и3лучен'ия

при

на-

чальной

температуре

\4л\\

при

работе

без

при:садок;

}1Ё1€[€ивность

и3лучения

при

данной

температурес

присадкой

легирующего'

|1одставляя

равенство

({5)

уравнение

(44)'

полу-

чим

|те-р^ра

или после

логарифм'ирования:

1п11-1п./,:

-РРо4;

1п/-|п^/':

-р88рё.

Разделив

уравнение

(48)

на

(47),

полуним

АР:Р,

+#*

(46)

(47)

(48)

(40)

Формула

(49)

позволяет

рассчитать

и3менение

плот-

ности )кидкого

и кристалли3ующегося

металла'

если

известна

плотность

металла

при какой-то

температуре.

,(,ля

тверАого

металла 'с

учетом

его сх{атия

или

расп:ире_

ния

направлении

т_и3лучения

мо)кно

получить

только

1,53

\п!||1

А|тв:1?,1,цй,

где

Ро

плотность

твердого

металла'

при какой-то

темг1ературе.

2/3

вели9инь1

и3менения

'плотности.

9тобьт

получить

истинную

ее величину'

ре3ультат

следует

умно)кить

на

3|э,

т.

е.

(50)

рассчитанная

|1р,и исполь3овании

метода

необходимо

знать

коэф-

фициентьт

липейного

рас1ширения

т|1гля.

Ёедостаток

ме_

тода

сост0ит

в том, что

отсутствует

строгое

соотно1пе-

1{ие

числа

импульсов и

плотности.

1(роме

того' имеет

место эффект

рассеивания.

Фпь:тная

установка

ю.

н..

(армалина

для

работьт

по

этому

методу

состоит

из

плавильной печи,

и,сточника

приемника

и3луче1ния

(рис.

69). йсточником

и3лучения

слу}кит

ра-

диоактивнь1й

изотоп

137€з,

обладающ'ий

ин-

тенсивностью

г-экв.

,[1,ля

регистраци,и

пото-

ка

излучения использо-

вали электронньтй

дат-

чик }€А-1,

усиленнь:т?

'сигнал

которо'го

п,осту-

пал

на

пересчетное

уст-

р,ойство

пп-15.

Фбра-

3ец в

алундовом

тигле

помещали внутрь гра-

фитового,нагревателя.

Ёагрев и

ра,сплавление

образца п!1{

;1{3:м€!€[1{1{

плотно'сти

,осуществляли

в атмосфере гелия.

1(онструк-

ция

устано1вки

по3воляет при,са)кивать модификаторьт без

ра3герметизации

пени. |{рисадки вводили |1а алундовой

соломке

в пакете из

фольги

количе1стве

от

0,01

до0,20|о

при

установив1шем,ся

температурном

ре)киме.

йзмерение плотности

до

ввода

добавок

прои3водил}'

течение

3-10

мин

после

установления

стабильной

температурь]

в течение

10-15 мин после ввода

до6а-

вок

(ка>кдьте

100 с).

Бремя

фиксировали

вь1сокоточнь|м

кварцевь{м счетчиком

времени

пересчетногоприбора.

1очность

измерен1{я

плотности

составляла

0,20|о.

154

Рис.09. 6хема

установки

для

определе-

ния плотности

металлов методом прони-

кающего и3лучения:

.1_источник и3лучения;

2_регистратор

и3лучевия }€А-1;

пересчет!|ое

уст-

ройство

|]|[_15; 4_тигель;

5-6лок пита-

нпя1

_коллиматор;

7_графитовьтй на-

греватель; 8-подставка;

9-ко>кух пе.ти;

контактньте пластинь1

]\4ето0

леэюащей каплш

Фсобеннг-:ст|.{ этого метода

рассмотрень1

вь11пе.

6бъем

'<а|\л!\

[1еталла

определяют

по

ее

геометрическому

кон_

1'},Р},

а ш1ассу

взве1]-тиванием

твердой

кат|л|4.

йсполь_

3уют

'гак)ке

метод

больтпой

калли,

помещаемой в чаш-те.

1(оличество

>кидкости'

помещенной

в чатпе'

долх(-

но превьт1па'ть

внутренний

ее объем,

что'бьт избь|ток

металла

образо'вьлвал

каплю над чатпей.

Б этом €.|[уг1д9

в ос|{ован}.}и

вь1ступающей

капл'и булет

окрух{ность' т. е.

расчет

мо}(но принимать

предварительно

калиброван_

ньтй

объем

ча1пи.

Бьтступающий

объем капли мо)кно

рассчитать

достаточно

точно.

Фбъем металла

внутри чаши

опреде-

ляют

по объему

собственно

ча1пи'

которая

калибрует_

ся' например'

ртутью.

3 качестве материала

для

ча1пи

мо)кно исг1оль3овать

графит,

окись

6ериллия,

корунд.

Фбщая масса

капли

достигает

40-50

г' что

повь|1пает

точность

определе1{ия

плотности

до

(0'2-0,5)

'1'ак

>ке

как

в методе

пикн0метра'

данном

случае

необходимо

учить|вать

рас1пирение!

ча1пи во время

наг-

рева.

!,остоинство

метода

заключается в

отсутствии

кон-

такта

металла

с и3меритель}{ь]м

прибором.

Фбъем

калл|1 мо)кно

получить суммированием

эле-

ментарнь1х объемов,

на которь1е

ее

делят.

|1рофиль

капли

делят

на

сегменть1

и 1паровь1е

слои.

Фбъем ка>к-

дого

сегмента находят

отдельно.

1очность

определения

равна

(0'2-0,5)

у0.

Разновидностью

метода

ле>кащей

ка||ли является

метод

ка[1ли

во в3ве1пенном

состоянии.

€хема

экспери_

ментальной

установки

для

определения

плотности

ме_

талла

приведена на

р'ис.

63.

Фбразць1

)кидкого металла'

<г{одвешенного>>

в индукторе'

фотографируют

помощью

скоростной

кинокамерь1.

6пециальной

оптической систе_

мой

фиксируют

горизонтальньтй

вертикальньтй

контурьт

капл'и'

используя только

те

снимки!

капли,

ось

которь1х

совпадает

с осью

индуктора.

Расчет

плотности

прои3водят

по

увеличенньтм

изоб_

ра)кениям

калли' которая

имеет яйцевидную

форму,

удобную

для

расчета.

1аким

методом

могут

бьтть сйять;

характерист'ики

вь!со,ко'реакционнь|х

металло,в, в3аимо_

действующих

с огнеуг[орной

футеровкой.

155

йето0 макс!1л!альноео

0авленшя

еа3а в пу3ь[рьке

1\1етодом максимального

давления

га3а в пу3ырьке

м0'{но

определить

плотность )кидкости'

.[1ля

этого

изме-

рения

прои3водят

на

двух

уровнях, фиксируя

поло)кение

.капилляра

микровинтом. |1лотность

рассчить1вают

г|о

формуле

Р:Р"

^н/^п,

(51)

гАе

Рм

плотно,сть х{идкости

в манометре;

АЁ1

и3ме_

нение

столба

х{идкости в манометре

при погрух(ении

капилляра

'на

глу6ину

!т. 1ак

как

при погру>кении

ка-

,пилляра

уровень

ра'с'плава

'в

тигле изменяет'ся, то

;в

фор-

мулу

(51)

рекомендуется

подставлять

и|справленное

значение й:

!э:/о'

('*7$-)

(52)

где

ф'-

глубина

погру)кения

капилляра по микровин_

т};

гн-нарух(нь|й

радиус

капилляра'

см;

д-внутрен-

нг,й

радиус

тигля'

см.

||.

вя3кость

РАсплАвов

]{ля

выбора

правильной

технологии

металлургического

процесса

|т

для

оценки

способа

удален|1я

примесей

из

расплавленг1ь|х

металлов

больп:ое

3начение имеет

зна-

[{,],10,Б!,31(@€1и

металла

1плаков

ра3личного

состава и

за-

виси'м'0сти'вя3кости

от температурь|.

3язкость

металлических

расплавов

определяет

ско-

рость

диффузионных

процессов'

протекающих в

>кидком

1!1еталле.

|1роцессь:,

происходящие

при 3атвердевании

сл}{тков

и отливок' нера3рь1вно

связань|

вязкостью

)кидкого

металла.

Бязкость,

так

х{е как и

плотность,

является

структурно

чувствительным параметром

х{'идко_

го

состояния.

А. .&1. Бачинский

установ|\л

зав||с14мость

вязкости

х{идкости

от свободного

объема, 1.

€.от строе_

н1ая

}кидкости.

Бязкость

обратно

пропорциональна

свободному

объему.

9ем боль:пе

свободнь:й

объем,

т.

е.

чем

разря_

х{еннее

структура

х(идкости'

тем

)кидкость

более текуча'

ее

вязкость

мень1пе.

я.

и.

Френкель,

основь1ваясь на

теории

дь|рочном

строении

}кидкости'

разработал

тео_

рию

вязкого

течения'

согласно

которой в

)кидкости

156

передвигаются

только

активированные

атомь|'

для

тече_

ния

которь1х

необходимо

образован,ие

<(дь1рок)>

в х{ид-

кости.

.(ля

>кидкости

ла,минарном

рех{име

течения при-

п1е;-!имо

вь1рах{ен|.{е

Ёьютюна

Р:Р!(6|г|ёф

г.це

сила'

необходима

для

перемещения

слоя

}кид_

кости

направленная

г|араллельно

потоку;

а1/|ёц

-гра-

диент

скорости

в направлении

и'

перпендикулярном

дБих{е|{ию;

5-площадь;

-коэффициент

динамичес-

кой-вязкости,

г/(см.с).

3язкость-измеряют

пуа3ах

п:0,1

Ё.с/мэ).

Б отличие

от

динамической

вязкости

коэффициент

кинематической,

вя3кости

обо3нанают

т,

см2/с

(т:ц/р,

где

плотность,

г/смз).

(инематическая

вя3,кость

и3меряется

стоксах

(м,7с).

1(оэффишиент

вя3-

кости

свя3ан

с онер'ги'ей

активации

Ё вязкого

течения:

АеЁ^|&т

Ботичина

вязкости'

ее температурная

зависимость'

энергия

активации

процесса

перемещения

3начитедь-

но|!

мере

3ависят от

структурь|

х{идкости.

8язкость

боль-

ш1}]нства

1плако,в

подчиняется

уравнению

Ёьютона.

,[ля

определения

вя3кости

при вь1соких

температурах

исполь3уют

стационарнь|е

нестационарные

методь!.

||оследние

(метод

крутильнь]х

колебаний

[видковско_

го'

метод-затухающих

колебаний,

метод

параболо'ида

вращения)

основань1

на

,и3мерении

параметров

системь|'

находящейся

контакте

с исследуемой

х(идкостью

процессе

крутильных

колебаний.

Расс,мотрение

начнем

со

стационарнь|х

методов.

]у!ето0

па0ающеео

шарцко

Рсли

гшарик

не взаимодействует

)кидкостью'

то

при

стационарном

дви}кени'и

его в

неограничен1|о

вязкой

с-реде

вязкость

х(идкости

мо}{но

рассчитать

по

формуле

€токса:

'|:ч*

(Р,,

р*)

+:,з

+,,':-)

(53)

;)

гА€

Р:п

плотность

щарика;

!:к

п/1ФтнФ(ть

х(идкости;

-радиу'с

1царика;

{-ралиус

сосуда'

котор,ом

пада-

ет

1пар'ик;

[

д1тпна

сосуда;

с'

скорость

равномерно-

го

двих{ения

1царика.

3тот

метод

характери3уется

больтпими

эксперимен-

157

::.:::1у'_^трудностями

при

вь|соких

температурах:

::::у_Р1-ч1змер

прогреваемого

резервуара;

требоЁЁн'е

]::"_:1.1ф.ричности

!ларика'

инертноЁо

к >кидкБсти;

спо_

соо

на0люден}!я

за

двих{ением

1парика

непрозран;лоЁт

}кидкост}{.

&1ето0

кап!!ллярноео

шс?еченшя

этом

методе

и3меряется

объем

х{идкости'

протекаю_

*::^""*:'11]{1!{:

соединяющему

два

]пироких

ре3ер_

вуара.

(-'оъем

)кидкости

определяется

по

,и3менен1{ю

ее

)_ровня

резервуарах'

Бязкость

рассчить1вается

по

формуле

|1уазейля:

1:тфАр|3@[,

(54)

[

хроноа2ару

аа/{!!п-

нас0с!

Рис.70.

схема

кап[!лляр|{ого

вис-

козиметра:

1_резервуар;

2-тигель;

3_печь

сопротивления:

4_экран;

5_кон-

такть|

хронографа;

6-термопарь|;

капилляр

158

где

радиус

кал|тлля-

ра;

^р

ра3ность

давле-

ния

на,концах

калилляра

отно'сительно

одного

уров_

н1;

А|АЁа ка{пи,лляра;

о,бъем

8,[А1{0€1]:1,:11РФ-

текающей

единицу

вре-

мени.

Ёеобходимо

поль3о-

;Б2?Б,ё{,

достаточно

длин-

нь1м

и'ка|пилля,р

а'ми'

что,бьт

свести

миниму1му

по_

пра'вки

на

ки|нети1ческую

энергию

струи

)к{идкости'

,свя3анну{о

разностью

давлений в

ка!пилляре.

(

недо'статкам

данно_

го

метода

от'носятся:

не

пол,ностью

теоретически

69Ф[,ЁФБ2:Ё'}1Ф€

дви)кение

)кидкости

при

входе

ка_

пилля'р'

характе1р

дви}1{е_

ния'

краевой

эффект,

свя_

зан'ньтй

!с

|переходо1м

х{ид-

кости

от

нулев'ой

скоро_

сти

перед

ка]пилляром

конечной

|с]ко,ро|сти

]в

ка_

пилля!ре.

Ёа

рис.

70'представле-

на

схе'ма

ка1пи,ллярно!го

виско3иметра

для'работы

,в

вакууме

и в контролируемой атмосфере.

Фтснет

'вре_

мени

|напол'нения

калиброванн,6гФ'€Ф€}Аа производил|и

по

раз'рь1ву

олектрической

цепи

>кидкий

'металл

ко1птак-

тьт.

осно'вная

трудно|сть

заклю'чается в очистке металла

от

!нера1створи{мь1х

1примесей

и в изпотовлени!и

ва1куум-

плот'но'го вь1сокоогне}по'рц9р9

ка!пилля'ра.

]у1ето0 концентршцескшх вращающшхся

цшлшноров

[[4сследуемую х(идкость помещают ме)кду

двумя

кон-

центрическими

цилиндра,ми.

Бнетпний или внутренний

1{и,']индр

вращается'

)кидкость

увлекается

силами внут_

реннего

трения или

вя3кости и

3а'медляет

вращен,ие

цилиндра.

Белинину вя3кости

(Ё.с/м2)

рассчитьтвают

по

урав|]ению

-г2

п:-

4по(/{с)

Р2г2

(55)

где ,\4

-.крутильнь!й

момент вращающегося

цилиндра'

г.см2|с2;

длина цилиндра'

см;

поправка

на

влия-

ние

концов' см;

со-угловая

скорость вращения, с_1;

&_внутренний

радиус

тигля,

см; г-вне1шний

радиус

тела вращения'

см.

Ёаиболее про'сто

и3мерения о,сущоствляются

путем

от}1осительного определения вя3кости-кали6ровкой.

Б качестве

градуировочной

)кидкости исполь3уют

ра3-

личнь]е масла'

растворьт'

вя3кость

которь|х

хоро1по

и3у_

чена.

1огда вя3кость

определяют по

отно1|]ению

ц:/(й/о,

гАе ,(

постоянная приб'ора;

мо,мент

вращения.

Бискозиметрьт

этого типа

м,огут иметь

г'ибкую и

}пестку}о подвески внутреннего

цилиндра.

в первом

случае

во вращение

приводится нару>кнь|й

цилиндр,

т' е.

тигель'

котором

находится

расплав.

Брашение

переда-

ется

на внутренний

цилиндр

1ппиндель

благодаря

вязкости >кидкости'

||о

углу

3акручивания

'|1мти':[8

(9-

торой подве1пен внутренний

цилиндр,

и определяют

вя3кость.

||утем

несло}кнъ|х

преобразований

получают:

ц:

&0/о

(56)

где

константа прибора,

включающая

}кесткость

под_

веск11;

угловая

скорость вращения;

угол

зак-

ручивания.

159