Соотношение (1.1) рассматривает лишь простой случай движения (перескока) одной частицы. Важным дополнением к этому представлению является то, что взаимодействия между частицами в макроскопических системах носят коллективный характер. Ближний порядок обусловлен тем, что каждая частица в жидкости, из-за ее большой плотности, принадлежит одновременно нескольким координационным сферам. Поэтому описание термодинамических и транспортных свойств жидкостей строится таким образом, чтобы коллективный характер межчастичного взаимодействия учитывался изначально (например, поляризационное приближение, приближение локального поля и т.п.).
Приемы описания структуры жидкостей можно разделить на две большие группы:
а) статистические способы, описывающие строение жидкости с помощью функций радиального распределения атомов и других, связанных с ней функций, которые являются усредненными по объему и времени. В рамках этих представлений не удается описать сложный характер температурных и концентрационных зависимостей свойств расплавов [20, 21, 28];
б) модельные способы, основанные на описанном выше микронеоднородном строении жидкостей. Иногда модельные представления удачно дополняются статистическими способами [27, 29].
Заметим, что, несмотря на определенный уровень развитости этих двух подходов к описанию структуры металлической жидкости, они имеют серьезные сложности, т.к. разработаны для простых жидкостей, а структура и свойства реальных многокомпонентных промышленных расплавов зависит от большего количества факторов, чем простых, и не всегда может быть адекватно описана модельными, а тем более статистическими приемами. Многие экспериментальные данные по промышленным сплавам пока не стали предметом систематизации.
1.2.2 Влияние структуры и свойств расплава на качество отливок
Многочисленные результаты показывают, что качество промышленного литья во многом определяется технологией выплавки [30, 31, 20]. Здесь же нужно упомянуть существенное влияние исходных материалов, т.к. шихтовые материалы определяют совокупность исходных типов ближнего порядка расплава. Получение расплава с высокими величинами кинематической вязкости, электропроводимости и поверхностного натяжения способствует получению более совершенной кристаллической структуры твердого металла, повышению его механических свойств. В любом случае этого можно достигнуть за счет более однородного в макрообъеме расплава. Существенно разнятся характеры зависимостей вязкости, плотности, поверхностного натяжения от температуры у простых и сложных расплавов. Например, в отличие от чистых металлов, поверхностное натяжение сталей с увеличением температуры растет, так как с ростом температуры у чистых металлов ослабляются межатомные связи. Противоположный эффект на сталях свидетельствует о происходящем при повышении температуры усилении межчастичного взаимодействия в поверхностном слое [20]. Такие расплавы – это сложные микронеоднородные системы, где поверхностно-активными являются не отдельные элементы, а группировки [20]. Вследствие перераспределения связующих электронов, обеспечивающих высокую прочность внутренних связей, взаимодействие таких группировок с окружающими атомами оказывается ослабленным. Они вытесняются в поверхностный слой и снижают поверхностное натяжение. Рост температуры приводит к потере устойчивости этих комплексов. Ранее замкнутые внутри них прочные связи освобождаются. При этом средняя энергия взаимодействия структурных единиц расплава возрастает, что и вызывает повышение поверхностного натяжения.
Экспериментальные результаты убедительно показывают, что для простых и сложных расплавов, кроме упомянутой зависимости свойств от наследственности, характерна нестабильность значений свойств и структуры ближнего порядка во времени, а также гистерезис свойств. Скорость перехода такой нестабильной системы в состояние равновесия определяется величиной произведения кинетического коэффициента лимитирующей стадии на термодинамическую обобщенную силу (соотношение Онзагера) [32].
Связь между свойствами расплавов и характеристиками твердого тела подтверждена многочисленными экспериментами. Изучена взаимосвязь плотности, поверхностного натяжения, кинематической и динамической вязкостей расплава с расстоянием между дендритными осями второго порядка [33]. Показано, что наиболее эффективное влияние на характеристики дендритной структуры оказывает плотность расплава: увеличение плотности приводит к диспергированию элементов дендритной структуры. При этом вероятность влияния на длину и ширину столбчатых дендритов составляет более 95%. Аналогичное, но менее важное влияние оказывает увеличение кинематической и динамической вязкостей расплава. Наблюдается тенденция к диспергированию дендритной структуры при увеличении поверхностного натяжения. В конечном итоге это выражается в улучшении свойств отливки, так как уменьшение расстояния между осями дендритов способствует получению более прочных, и, особенно пластичных кристаллических структур.
В свою очередь наличие такой взаимосвязи позволяет установить наиболее вероятные механизмы роста дендритных кристаллов при затвердевании, так как дисперсность дендритной структуры определяется линейной скоростью роста твердой фазы. Наиболее вероятным и основным механизмом роста дендритов представляется дислокационный, поскольку только в этом случае будет наблюдаться превалирующее влияние на дисперсность дендритной структуры плотности расплава.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.