МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПЕРЕГРІВУ НА ПЕРЕОХОЛОДЖЕННЯ МЕТАЛІВ ТА ЇХ СПЛАВІВ

Procesi littâ, 2024, Vol 3 (157), 19-27

Анотація

Робота присвячена розробці методики фізичного моделювання для вивчення впливу перегріву розплавів металів на їх переохолодження перед кристалізацією, адже плавлення та кристалізація є важливими технологічними процесами для одержання якісних литих заготовок. Оскільки процеси, повʼязані з розливкою металів та їх сплавів, протікають при дуже високих температурах, є непрозорими та іноді відбуваються в агресивному середовищі, безпосереднє вивчення таких процесів надзвичайно ускладнене. У звʼязку з цим для проведення даних досліджень ми застосували метод фізичного моделювання і як обʼєкти вивчення використали низькотемпературні металеві сплави та органічні сполуки. Для проведення досліджень було створено спеціальну експериментальну установку та розроблено методику фізичного моделювання. На початку експериментів із кожного модельного сплаву на електронних вагах (із точністю зважування 0,01 г) готували по три дослідних зразки однакової маси. Для забезпечення абсолютної ідентичності умов плавлення й кристалізації модельних сплавів усі три дослідних зразки одночасно поміщали в камеру, у якій їх поступово нагрівали для розплавлення та перегріву. Після відповідної витримки розплаву в перегрітому стані його охолоджували до температури утворення зародків, яку фіксували за допомогою термопар. Сигнал від термопар у вигляді абсолютних значень температур у цифрах та температурних кривих охолодження розплавів дослідних середовищ спостерігали на екранах потенціометра й ноутбука. Величину переохолодження розплаву, при якому в них відбувається зародження кристалів, визначали за характерними ознаками на температурній кривій охолодження модельного середовища — появі плат на них через виділення тепла кристалізації. Прозорі модельні середовища дозволяли спостерігати за зародженням кристалів ще й візуально. У результаті проведених досліджень встановлено, що вплив перегріву на переохолодження досліджених сплавів, найімовірніше, зумовлений зміною концентрації обмежено розчинних домішок. Таке припущення ґрунтується на тому, що розчинення домішок у розплаві будь- якого металу відбувається внаслідок дифузії, що є відносно тривалим у часі процесом, і для отримання більшої однорідності розплаву металу необхідно або підвищити температуру його перегріву, або забезпечити його тривалішу витримку в перегрітому стані. Зрештою, результати проведених досліджень підтвердили ці припущення, коли з підвищенням ступеня розчинення домішок змінюється переохолодження модельних розплавів, при якому відбувається зародження кристалів, що, найімовірніше, зумовлено зміною їх фізико-хімічних властивостей.