» » Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства
30.01.2015

Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и диффузионные характеристики металлических расплавов являются структурно чувствительными свойствами. Действительно, объемные изменения металлов и сплавов при плавлении и полиморфных превращениях, температурная зависимость объемного расширения металлических расплавов непосредственно связаны с изменениями в структуре ближнего порядка. В частности, изменения плотности металлов при плавлении и последующем нагреве отражают изменения координационного числа и величин межатомных расстояний.
Согласно измерениям, выполненным с использованием проникающего γ-излучения, плотность жидких железа, кобальта и никеля изменяется с ростом температуры по линейному закону:
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Плотности расплавленных железа, никеля, кобальта и марганца при разных температурах показаны на рис. 20. Для железа выявлен четко выраженный излом политермы плотности при температуре 1660 °C, в то время как при исследовании жидких образцов никеля, марганца и кобальта подобных изломов не обнаружено. Это объясняется протеканием полиморфных превращений в жидком железе, вызывающих изменение объема и плотности расплава.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Легирование железа в зависимости от физико-химических характеристик присаживаемого элемента сопровождается образованны в расплаве тех или иных микрогруппировок (кластеров) с различным периодом их устойчивости. Это, естественно, отражается и на плотности жидкого железа. Влияние легирующих элементов на изменение плотности жидкого железа при температуре 1600 °C показано на рис. 21.
Влияние углерода на плотность и поверхностное натяжение жидкого железа, согласно данным С.И. Филиппова, иллюстрируется данными, приведенными на рис. 22. В зависимости от концентрации углерода в расплаве изменяется количество и размер железоуглеродистых микрогруппировок, что отражается на величинах плотности и поверхностного натяжения расплавов.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

С.П. Казачков, Н.М. Кочегура и Е.А. Марковский исследовали плотность алюминия в широком диапазоне температур при различных агрегатных состояниях в зависимости от температуры перегрева, продолжительности кристаллизации и выдержки в расплавленном состоянии. Мерой изменения плотности металла служил поток ослабленного γ-излучения. Как видно из рис. 23, с повышением температуры плотность монотонно уменьшается для твердых и жидких металлов, а в момент плавления последних происходит скачкообразное снижение их плотности. Однако для одного и того же значения температуры плотность расплава имеет различные значения при нагреве и охлаждении, иными словами наблюдается температурный гистерезис плотности для чистых металлов. Это связано с необратимыми изменениями структуры расплава при нагреве. Возможности радиоизотопного метода позволили изучить изменение плотности непосредственно в процессе плавления свинца и установить циклическое изменение ее при этом (рис. 24). По мере развития процесса плавления амплитуда колебания плотности уменьшается.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

П.С. Харлашин и Г.Д. Молонов методом большой капли исследовали влияние мышьяка на плотность и поверхностное натяжение жидкого железа. Плотность (d) и свободная поверхностная энергия (σ) исходного чистого железа при 1600 °C были соответственно равными 7,200 г/см3 и 1859 мДж/м2. Полученные экспериментальные данные представлены на рис. 25, из которого видно, что мышьяк в расплавленном железе обладает высокой поверхностной активностью и приводит к заметному снижению его плотности. Зависимость поверхностного натяжения жидкого железа при 1600 °C от концентрации мышьяка описывается уравнением
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

где NAs — мольная доля мышьяка в расплаве.
Н.С. Косилов, Б.А. Баум и Г.В. Тягунов экспериментально определили плотность жидких сплавов системы Fe-Ni методом проникающего γ-излучения. Полученные в этой работе данные приведены на рис. 26. Значения плотности, полученные при нагреве сплавов, были выше, чем при охлаждении. Отмеченный гистерезис определяется неравновесностью металлических расплавов, существованием в них микрогруппировок разной величины. Вместе с тем для чистого никеля и железа гистерезиса плотности не обнаружено.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Авторы работы исследовали названным выше методом на установке "Параболоид-3" плотность расплавов Fe-B (0-10,6 % В) и Fe-P (0-13,2 % Р). Типичные температурные зависимости плотности для ряда сплавов Fe-B и Fe-P доэвтектического, эвтектического и заэвтектического составов представлены на рис. 27. Изменение плотности с температурой сплавов в жидком и твердом состояниях носит линейный характер. Сплавы Fe-P кристаллизуются с переохлаждением. Величина переохлаждения увеличивается с ростом концентрации фосфора и степени перегрева над температурой ликвидуса. Кристаллизация высокофосфористых сплавов при высоких скоростях охлаждения проходит по метастабильной диаграмме, при этом из жидкости выделяется соединение Fe2P, а не Fe3P, как это следует из равновесной диаграммы состояния.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Одной из причин сильной компрессии при растворении бора и фосфора в железе может быть переход от ковалентной связи, свойственной чистым металлоидам, к металлической связи в сплаве. Образование металлических растворов бора и фосфора в железе может происходить по типу внедрения, так как ионные радиусы B3+ и P5+ довольно малы и составляют (по Полингу) соответственно 0,020 и 0,034 нм.
А.Н. Учаев, Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин методом большой капли измерили плотность и поверхностное натяжение расплавов Fe-C (до 1,5 % С) и Fe-Ni (до 6,0 % Ni). На рис. 28,а представлены политермы свойств расплавов Fe-Ci Установлено, что введение в жидкое железо добавок углерода приводит к возрастанию его микронеоднородности: часть атомов железа вынуждена под влиянием углерода перераспределить между собой электронную плотность. Вследствие этого вокруг углерода образуется устойчивая область с особым ближним порядком, который имеет черты г.ц.к. упаковки. Вначале этого приводит к некоторому снижению плотности расплава за счет появления микропустот и понижению поверхностного натяжения в результате вытеснения некоторого количества микрогруппировок FexC в поверхностный слой. В дальнейшем увеличение плотности расплава происходит за счет образования комплексов с более плотной упаковкой. Некоторое повышение поверхностного, натяжения также может быть обусловлено возрастанием внутренней энергии расплава за счет более высокой энергии связи железа в комплексах с углеродом, чем между атомами железа. Такая перестройка заканчивается в интервале 0,3-0,4 % С, а дальнейшее добавление углерода сопровождается разрыхлением расплава и снижением его плотности и поверхностного натяжения.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Аномальный характер изменения плотности и поверхностного натяжения в области малых концентраций второго компонента обнаружен также и для системы Fe-Ni (рис. 28,5). Найденные при малых содержаниях второго компонента аномалии физических свойств коррелируют с особенностями на изотермах величины межатомных расстояний и средних координационных чисел, установленных рентгеноструктурными исследованиями.
Первоначальное повышение плотности расплава может быть вызвано более высокой энергией связи однородных атомов (єFe-Ni ≤ єNi-Ni), что приводит к образованию комплексов типа FexNi, снижению межатомных расстояний, уменьшению среднего координационного числа, возрастанию плотности расплава. Возрастание энергии межчастичного взаимодействия в расплаве приводит также к увеличению поверхностного натяжения. В результате дальнейшего увеличения содержания никеля в расплаве происходит образование большого количества группировок FexNi. Это приводит к разрыхлению расплава, появлению микропустот между комплексами и, как следствие, к снижению плотности. Вытеснение этих микрогруппировок, слабо связанных с остальным раствором, в поверхностный слой сопровождается снижением поверхностного натяжения. Таким образом, существенная разница в энергиях связи между атомами железа и железо—второй компонент приводит к значительному отклонению свойств системы от аддитивности и к появлению различных аномалий на диаграммах свойств — концентрация второго компонента, особенно в области малых концентраций.
Авторы работы исследовали расплавы системы Fe-Nb-Si с постоянным отношением ниобия к железу, равным 1/5; при этом изучены: плотность, поверхностное натяжение и кинематическая вязкость в интервале от температуры ликвидуса до 1800 °C. Опыты показали, что плотность и поверхностное натяжение исследованных расплавов с ростом температуры уменьшаются по линейному закону. Политермы плотности и поверхностного натяжения представлены на рис. 29.
Введение кремния снижает плотность феррониобия, в интервале составов 10-50 % (ат.) Si плотность составляет при 1650 °C (7,0-5,2)10в3 кг/м3. Поверхностное натяжение феррониобия возрастает с добавкой кремния и при 20 % (ат.) Si значение его достигает максимума, а затем монотонно убывает.
При 20 % (ат.) Si на изотерме вязкости также наблюдается максимум, тогда как первоначальные добавки кремния в количестве до 5 % (ат.) уменьшают кинематическую вязкость феррониобия (рис. 29). Полученные закономерности изменения физико-химических свойств исследованных расплавов с составом, по-видимому, объясняются образованием химического соединения вблизи 20 % (ат.) Si. Авторы работы исследовали расплавы Fe-Nb в области концентраций от 0 до 55 % Nb. Температурные зависимости плотности и поверхностного натяжения оказались линейными, описываемыми уравнениями
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

где ρt и σt — плотность и поверхностное натяжение при температуре t; ρtL и σtL — плотность и поверхностное натяжение при температуре ликвидуса. В табл. 3 приведены коэффициенты этих уравнений, а также значения плотности и поверхностного натяжения расплавов железо-ниобий с различным содержанием ниобия.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Изотермы плотности и мольных объемов, а также поверхностное натяжение расплавов Fe-Nb при температуре 1650 °C представлены на рис. 30. Плотность и мольный объем исследованных расплавов возрастают с ростом в них концентрации ниобия. Опыты показали, что с ростом содержания ниобия поверхностное натяжение расплавов снижается.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Г.В. Тягунов, С.П. Попель и Н.С. Косилов исследовали методом проникающего γ-излучения плотность сплавов Fe-C в твердом и жидком состояниях в широком интервале концентраций углерода. Опыты показали, что все изотермы в области малых концентраций углерода [до 0,4 % (по массе)] имеют экстремумы, которые после расплавления образцов сдвигаются в сторону меньших содержаний углерода. Одной из причин аномального поведения изотерм плотности железоуглеродистых сплавов может быть формирование атомных блоков упорядочения под действием примесных атомов углерода.
Характер имеющихся в металлических расплавах структурных или химических микрогруппировок (кластеров) существенным образом влияет и на поверхностную энергию этих жидкостей и ее. изменение с ростом температуры.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Поверхностное натяжение чистых жидких железа, кобальта, никеля и марганца при разных температурах показано на рис. 31,в, а влияние легирующих элементов и примесей на поверхностное натяжение расплавленного железа иллюстрируется данными, приведенными на рис. 31,б.
Температурная зависимость σ большинства жидких металлов является линейной:
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

где σпл и tпл — поверхностное натяжение и температура в точке плавления.
Авторами данной книги проведено определение поверхностного натяжения ряда легированных сталей методом большой капли в атмосфере тщательно очищенного гелия. Опыты показали, что температурный коэффициент поверхностного натяжения в большинстве случаев положительный. Величины поверхностного натяжения жидких сталей изменяются в довольно широких пределах — от 1100 до 1700 кДж/м2. Высоколегированные стали, в состав которых входит большое количество элементов, снижающих поверхностное натяжение железа, обладают низкими значениями поверхностной энергии.
Образцы одной и той же марки стали, но разных методов выплавки, имеют существенно различные величины поверхностного натяжения. Например, поверхностное натяжение стали 30ХГСН2А изменялось от 1270 до 1S80 кДж/м2. Поверхнвстное натяжение образцов стали 110Г13Л, выплавленных в мартеновской печи методом переплава, было на 70 мДж/м2 выше, чем у образцов этой же марки стали, но выплавленной в мартеновской печи с окислением металлической ванны.
Нередко в процессе экспериментов наблюдаются аномальные изменения поверхностного натяжения в системах металл-раскислитель. Чаще всего их связывают с изменениями структуры и плотности металлических расплавов, приводящих к нарушению условий адсорбции в поверхностном слое. А.А. Жуховицкий и другие показали, что экспериментальные значения поверхностного натяжения металлических расплавов можно описать количественно, если учесть присутствие в расплаве кислорода и изменение концентрации раскислителя в зависимости от степени очистки газа, в атмосфере которого проводили опыт, и скорости его пропускания.
Аномалии на политермах плотности и поверхностного натяжения в жидких металлических сплавах В.И. Кононенко и А.Л. Сухман связывают с полиморфными превращениями, происходящими в структуре ближнего порядка исследованных растворов, т.е. в микрогруппировках.
Ю.А. Минаев и В.А. Нодожонова исследовали поверхностное натяжение бинарных расплавов железа, кобальта, марганца и никеля. Рассмотрим эти данные:
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Расчет поверхностной энергии металлических расплавов на основе теории регулярных растворов позволяет получить величины, близкие к экспериментальным.
С.Н. Задумкин и другие определили поверхностное натяжение d-переходных металлов в твердом состоянии при температуре, близкой к температуре плавления, и сопоставили полученные данные с поверхностной энергией этих элементов в жидком состоянии. Найденные результаты приведены в табл. 4.
Эти сведения представляют большой интерес при анализе процесса плавления металлов и связи их строения и свойств в твердом и жидких состояниях.
При производстве стали посредством передела чугунов из керченских руд, содержащих мышьяк, необходимо исследовать особенности поведения последнего в жидком железе. В этом отношении следует отметить работу, в которой впервые была экспериментально изучена поверхностная активность мышьяка в расплавленном железе. Опыты показали, что мышьяка в жидком железе обладает высокой поверхностной активностью. Количественные данные по влиянию мышьяка на поверхностную энергию железа при 1600 °C приведены в табл. 5.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Горофильное поведение мышьяка в жидком железе в некоторой степени аналогично таковому для фосфора, однако поверхностная активность мышьяка меньше активности фосфора.
Влияние селена и теллура на поверхностное натяжение металлов группы железа впервые было изучено Ю.В. Свешниковым и B.A. Калмыковым. Селен и теллур все более широко применяются при производстве сталей и сплавов с целью улучшения их обрабатываемости. Опыты показали, что наиболее сильное уменьшение поверхностного натяжения расплавов железа, кобальта и никеля наблюдается при концентрациях селена и теллура до 0,1 %, а дальнейший рост их концентрации приводит к незначительному и плавному снижению поверхностного натяжения исследованных расплавов. Поверхностная активность селена в расплавах уменьшается в ряду от железа к кобальту и никелю. Величины максимальной адсорбции селена в железе, кобальте и никеле составили соответственно 14,7*10в-6, 13,7*10в-6 и 12,52*10в-6 моль/м2. Поверхностная активность теллура оказалась несколько ниже, чем у селена. При температуре 1550 °С изотермы поверхностного натяжения жидкого кобальта в зависимости от концентрации селена и теллура описываются следующими уравнениями:
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

С.И. Попель и Б.В. Царевский впервые исследовали совместное влияние кислорода и серы на поверхностное натяжение жидкого железа. Раздельное их влияние было ранее изучено А.М. Самариным и С.И. Филипповым. В табл. 6 приведены экспериментальные данные по поверхностному натяжению расплавов Fe-O-S при 1550 °С.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Результаты измерения поверхностного натяжения расплавов тройной системы Fe-O-S свидетельствуют о взаимном усилении капиллярной активности кислорода и серы. Как сера, так и кислород интенсивнее понижают поверхностное натяжение жидкого железа при совместном присутствии с ним. При одновременном присутствии в железе кислорода и серы поверхностное натяжение оказывается меньше, чем в присутствии такой же концентрации одного из них. В частности, поверхностное натяжение жидкого железа, содержащего 0,004 % O2 и 0,004 % S, на 200 мДж/м2 меньше, чем расплава с 0,008 % S, и на 3S0 мДж/м2 меньше, чем расплава с 0,008 % O2. Сера и кислород взаимно усиливают поверхностную активность друг друга примерно на порядок. Вообще истинная поверхностная активность серы и кислорода в жидком железе значительно ниже определяемой экспериментально, так как всегда имеется остаточная концентрация этих элементов, усиливающая действие их, аналогично могут действовать и другие примеси.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Влияние температуры на плотность чугуна показано на рис. 32. При выделении шаровидного графита разуплотнение расплава, обработанного церием, начинается на 70 °C меньше соответствующей температуры чугуна с пластинчатым графитом.
Влияние молибдена и ванадия на кинематическую вязкость и поверхностное натяжение жидкого синтетического чугуна, содержащего 3,15 % С; 1,5 % Si; 0,4 % Mn; 0,04 % P и 0,006 % S, показано на рис. 33.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Авторы данной книги с использованием названного выше метода Е.Г. Швидновского исследовали кинематическую вязкость чистых железа, никеля, кобальта и марганца, в довольно широком диапазоне температур. Полученные экспериментальные данные по кинематической вязкости изученных металлов представлены на рис. 34. Вязкость никеля, кобальта и марганца монотонно убывает с ростом температуры, а на кривой, характеризующей вязкость железа, в области температур 1620-1640 °C наблюдается некоторая аномалия. Ряд авторов склонны считать данный факт подтверждением происходящих в жидком железе структурных превращений. Однако прямых доказательств полиморфизма расплавленного железа пока нет.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Явление скачкообразного изменения кинематической вязкости может быть объяснено с позиций микронеоднородного строения жидких металлов. Согласно этой модели расплава, при небольших перегревах над точкой плавления имеются микрогруппировки с расположением атомов, близким к таковому в твердых металлах, и зоны активированных атомов с более хаотическим расположением последних. Жидкое железо вблизи Tnn имеет расположение атомов в кластерах, близкое к таковому в твердом железе с δ-подобной структурой. В интервале температур 1620-1640 °С жидкое железо с δ-подобной структурой, по-видимому, переходит к γ-подобной структуре.
Приведенные нами опыты показали, что величина скачка кинематической вязкости расплавленного железа и температура, при которой он происходит, различны в зависимости от легирующего элемента, присаживаемого в жидкое железо (рис. 35). Это свидетельствует о некоторой аналогии во влиянии легирующих элементов на температуру и характер полиморфных превращений в твердом и жидком железе. В процессе легирования тем или иным элементом железа следует стремиться к тому, чтобы тип решетки присаживаемого металла соответствовал типу решетки легируемого жидкого металла. Это способствует повышению однородности расплавов и получаемых из них готовых металлов.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Изотермы кинематической вязкости жидкого железа с различным содержанием легирующих элементов (рис. 36) свидетельствуют о том, что хром, вольфрам, молибден, ниобий, титан и ванадий повышают вязкость этого металла, а кобальт, никель, кремний и марганец снижают ее.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Линейный ход вязкостных зависимостей для исследованных систем вполне соответствует тому обстоятельству, что бинарные расплавы железа с данными легирующими присадками близки по своим термодинамическим свойствам к идеальным растворам. На распределение легирующих элементов между структурными составляющими жидкого железа большое влияние оказывает величина растворимости их в кластерах и силы межатомного взаимодействия в расплавах железа с легирующим элементом.
Вполне логично, по нашему мнению, предложение В.Р. Кригера и Л.И. Леви учитывать при анализе влияния элементов на вязкость жидкого железа разницу в размерах атомных радиусов железа и присаживаемой добавки. Например, каждый переходный элемент, который стоит слева от железа и имеет больший атомный радиус (титан, вольфрам, ниобий, молибден, тантал), повышает вязкость железа. Меньшие размеры по сравнению с железом имеют атомные радиусы марганец, кобальт, кремний и алюминий, добавки которых к жидкому железу сопровождаются значительным снижением вязкости последнего. В результате размещения маленьких атомов этих элементов между крупными атомами (ионами) железа увеличивается свободный объем в расплаве и снижается вязкость последнего. Аналогичные результаты были получены нами по влиянию размера радиуса присаживаемого элемента при воздействии на вязкость жидкого алюминия.
Естественно, что, кроме размерных факторов атомов растворителя и легирующих элементов, на вязкостные характеристики металлических расплавов оказывают исключительно важное влияние силы меж-частичного взаимодействия в расплавах и величина растворимости того или иного легирующего элемента в микрогруппировках жидкого железа-кластерах, примерно равная его растворимости δ твердом железе при температуре плавления.
Представляло большой интерес произвести расчет вязкости жидких металлов на основе модели их микронеоднородного строения и сопоставить полученные результаты с экспериментальными данными. Нами выполнены такие расчеты динамической вязкости ряда металлов, полученные результаты в сопоставлении с экспериментальными данными приведены ниже:
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Вязкостные характеристики растворов бора и фосфора в железе представляют значительный интерес для теории металлургических процессов и теории жидких сплавов. Вместе с тем эти данные или совсем отсутствуют (Fe-B), или весьма противоречивы (Fe-P). Авторы работы исследовали кинематическую вязкость расплавов систем Fe-B (до 10,6 % В) и Fe-P (до 11,0 % Р) методом крутильных колебаний.
Характерные политермы кинематической вязкости для доэвтектических, эвтектических и заэвтектических составов систем Fe-B и Fe-P приведены на рис. 37. Отличительной чертой расплавов Fe-P является довольно резкое уменьшение кинематической вязкости в интервале 0-1 % (по массе) P и слабая концентрационная зависимость кинематической вязкости в области 1-11 % (по массе) P [эвтектический состав соответствует 10,5 % (по массе) Р].
С ростом концентрации бора вязкость расплавов значительно возрастает.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Аномалии на политермах вязкости металлических расплавов различного химического состава обнаружены также в исследованиях Б.А. Баума и Н.Е. Бодакина, которые крутильно-колебательным методом в тиглях из окиси бериллия в атмосфере чистого гелия изучили расплавы железа с никелем (до 36 % Ni) и железа с кобальтом (до 50 % Co), а также влияние на их вязкость добавок хрома, молибдена, меди и кислорода. Результаты измерений вязкости расплавов разного состава представлены на рис. 38. На политермах вязкости сплавов Fe-Ni и Fe-Co видны аномалии с повышением температуры, вязкость в определенном интервале либо не меняется, либо даже возрастает. Установлено, что хром и молибден в количестве 10 % понижают температуру начала аномалии на 50-70 °C, кислород при содержании его 0,05 % повышает ее на 50-70 °С, а медь в количестве до 10 % практически не влияет на нее.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Изотермы кинематической вязкости расплавов системы Fe-Co (рис. 39) свидетельствуют в пользу того, что энергия межатомного взаимодействия в жидком железе выше, чем в кобальте, так как вязкость железа выше, чем кобальта. Отклонение изотерм от монотонной зависимости указывает на то, что единицами взятого течения в Fe-Co расплавах являются не только отдельные атомы компонентов, но и более сложные образования.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

На вязкость расплавленных промышленных сталей существенное влияние оказывают их химический состав, содержание газов, неметаллических включений. Поэтому естественно, что обработка жидкой стали в ковше или продувка ее жидкими газами сопровождается снижением вязкости на 30-60 %. На величину вязкости жидких сталей исключительно важное влияние оказывают тип шихтовых материалов и способ их выплавки. Вязкость расплавленных образцов одной и той же марки стали повышается в зависимости от способа производства в такой последовательности: открытая электродуговая плавка, вакуумно-дуговой процесс, электрошлаковый переплав, электронно-лучевая плавка, плазменно-дуговой переплав.
Образцы стали, отобранные для определения их вязкости из разных зон слитка, имели резко отличную величину вязкости, что свидетельствует о ее существенном изменении в процессе кристаллизации металлических расплавов. Жидкий металл зоны столбчатых кристаллов характеризуется небольшими значениями вязкости по сравнению с центральной и корковой зонами.
В последнее время В.И. Архаровым и др. изучены температурные зависимости кинематической вязкости особо чистых жидких алюминия, олова, свинца, висмута, кадмия в широком интервале температур. При этом на политермах вязкости сильно перегретых жидких алюминия, олова и свинца был обнаружен минимум вязкости, после которого она с дальнейшим ростом температуры возрастала. Повышение вязкости сильно перегретых жидких металлов авторы работы связывают с их квазигазовой структурой. Однако проведенные авторами данной книги измерения кинематической вязкости жидкого алюминия в широком интервале температур, а также измерения П.П. Арсентьева и И.Н. Фридляндера свидетельствуют об отсутствии скачкообразных изменений вязкости этого элемента. Очевидно, что в этом направлении необходимы дополнительные исследования.
Известно, что различные внешние воздействия (ультразвук, электрические и магнитные поля) оказывают существенное влияние на свойства жидких металлов, являющихся микронеоднородными расплавами. С учетом этих обстоятельств авторы работы исследовали влияние магнитного поля на процессы вязкого течения в расплавленных особо чистых металлах (алюминии, олове, свинце, висмуте, индии). Наложение внешнего магнитного поля на расплав осуществлялось выбором нагревательного элемента вискозиметра. Среднее значение напряженности магнитного поля для исследованного интервала температур составляло около 4*10в4 А/м.
Полученные результаты представлены на рис. 40. Из этих данных видно, что значения вязкости исследованных расплавов существенно зависят от взаимной ориентации магнитного поля и потока жидкости в тигле (в продольном поле вязкость на 17-85 % выше, чем в поперечном). Вместе с тем энергия активации вязкого течения изменялась весьма незначительно.
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Коэффициент динамической вязкости как функция от температуры жидкого металла описывается уравнением
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

В случае, когда Eη≤RT и линейно убывает с повышением температуры, последнее уравнение приобретает вид
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства

Этому соответствуют и экспериментальные данные, показывающие зависимость динамической вязкости жидких металлов от величины 10в5/Т2 (рис. 41).
Влияние микронеоднородности металлических расплавов на их физико-химические свойства