結(jié)晶必須在過冷條件下進行,其過程分為形核和晶核長大兩部分。
液體的結(jié)晶必須有核心。形核有均質(zhì)形核和非均質(zhì)形核之分。液態(tài)金屬中的原子集團在足夠的過冷度條件下,變成規(guī)則排列,并穩(wěn)定下來而成為晶核,這一過程即為均質(zhì)形核,純金屬的結(jié)晶只能靠均質(zhì)形核。在金屬液相中已存在的固相質(zhì)點和表面不光滑的器壁均可作為形成核心的“依托”而發(fā)展成初始晶核,此種形核過程稱為非均質(zhì)形核。鋼液內(nèi)部含有熔點不同的雜質(zhì),因此鋼液的結(jié)晶主要為非均質(zhì)形核。鋼液形成晶核后即迅速長大。開始長大時具有與金屬晶體結(jié)構(gòu)相同的規(guī)則外形,隨后由于傳熱的不穩(wěn)定,使晶粒向傳熱最快的方向優(yōu)先生長,于是形成樹枝晶。
希望鋼液在結(jié)晶過程中形成細晶粒組織,這就要求在形核數(shù)量和晶粒長大速度上加以控制。另外,通過人為地加入異質(zhì)晶核的辦法來增加晶核數(shù)量也可以得到細晶粒組織 。
一次結(jié)晶是指從鋼液中產(chǎn)生晶體的過程,也稱液態(tài)結(jié)晶鋼的結(jié)晶。隨著熱量的導(dǎo)出,晶體從無到有,由小變大(晶體長大),直至液體全部轉(zhuǎn)為固體(晶體),完成結(jié)晶過程。鋼液的結(jié)晶過程決定著鋼錠或鑄件的結(jié)晶組織及物理、化學(xué)不均勻性,從而影響到鋼的機械、物理和化學(xué)性能??刂其摰慕Y(jié)晶過程是提高鋼的質(zhì)量和性能的重要手段之一。一次結(jié)晶是在焊接熔池的一次結(jié)晶和普通的鋼鑄錠結(jié)晶一樣,是由晶核的形成和晶粒的長大兩個過程所組成。熔池開始結(jié)晶時所需要的晶核,一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮點,這種晶核在一般情況下所起的作用不大:另一種是熔合區(qū)附近,加熱到熔化溫度而沒有熔化的基體金屬顆粒表面,結(jié)晶就從這里開始 。
鋼液不是純金屬,而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此,它的結(jié)晶過程不是在某一固定的溫度(熔點)進行,而是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。在平衡結(jié)晶條件下,鋼液溫度降至其液相線溫度時開始出現(xiàn)晶體,而達到固相線溫度時結(jié)晶方告結(jié)束。此液相線和固相線間的溫度區(qū)間,便稱為該合金的結(jié)晶溫度范圍。某一鋼種的結(jié)晶溫度范圍主要取決于所含元素的性質(zhì)及其含量,并可由鐵與相應(yīng)元素的二元或三元相圖來確定。各元素對結(jié)晶溫度范圍的影響可近似地看成可加和的 。
因為重力是不變的,彈力是與位移X有關(guān),當(dāng)這兩個力同時取微分后,重力的微分為零,導(dǎo)致公式中就沒有重力了。能量對時間的導(dǎo)數(shù)是能量隨時間的變化,能量對距離的導(dǎo)數(shù)是能量隨距離的變化??梢杂媚芰糠ê团nD二定律。...
研究水和其他液體的運動規(guī)律及其與邊界相互作用的學(xué)科。又稱液體動力學(xué)。液體動力學(xué)和氣體動力學(xué)組成流體動力學(xué)。液體動力學(xué)的主要研究內(nèi)容如下:①理想液體運動??珊雎哉承缘囊后w稱為理想液體,邊界層外的液體可視...
飛行動力學(xué)(AIRCRAFT DYNAMICS ) 是研究飛行器在空中的運動規(guī)律及總體性能的科學(xué)。所有穿過流體介質(zhì)或者是真空的運動體,統(tǒng)稱為飛行器。主要包括航天器、航空器、彈箭、水下兵器等。研究彈...
結(jié)晶兩相區(qū) 鋼液凝固時,在靠近模壁的固相(凝固層)與內(nèi)部液相之間存在著一個過渡區(qū)——兩相區(qū),即在凝固著的鋼錠內(nèi),存在三個區(qū)域:固相區(qū)、兩相區(qū)、液相區(qū)。鋼液的結(jié)晶即形核和晶核長大過程只在兩相區(qū)進行。鋼錠的凝固就是兩相區(qū)由鋼錠表面向錠心的推移過程:當(dāng)液相等溫線到達鋼錠內(nèi)某一部位時,結(jié)晶開始;而固相等溫線達到某一部位時,該處結(jié)晶便告結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。液相等溫線和固相等溫線到達錠內(nèi)某一指定點的時間間隔,即該點從液相線溫度降至固相等溫線所經(jīng)歷的時間,稱作該點的本地凝固時間。本地凝固時間與該處的平均冷卻速度成反比。由于鋼錠內(nèi)不同部位的傳熱條件差異很大,因此不同部位的本地凝固時間會有很大的不同,從而引起結(jié)晶組織的不同。鋼錠內(nèi)液相等溫線和固相等溫線間的距離稱作兩相區(qū)寬度。兩相區(qū)窄有利于柱狀晶發(fā)展,而兩相區(qū)寬有利于等軸晶發(fā)展 。
選分結(jié)晶及組成過冷 合金凝固時,由于溶質(zhì)在固相中和在液相中的溶解度不同,而產(chǎn)生選分結(jié)晶(也稱脫溶或液析)現(xiàn)象。即伴隨結(jié)晶的進行,在凝固前沿不斷有溶質(zhì)析出,使液相同溶質(zhì)濃度逐漸增加。在平衡結(jié)晶時,溶質(zhì)在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行,因而并不產(chǎn)生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中,溶質(zhì)在兩相,特別是在固相中的擴散不能充分進行。結(jié)果析出的溶質(zhì)不斷在凝固前沿的母液中富集,形成濃度很高的溶質(zhì)偏析層,此偏析層內(nèi)熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低,因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現(xiàn)象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現(xiàn)溶質(zhì)最大的富集情況 。
晶體生長方式,即凝固前沿推進的方式取決于凝固前沿組成過冷的大小。當(dāng)組成過冷從無到有、由小變大時,凝固前沿將由平滑無組織狀態(tài)演變?yōu)榘麪钪敝翗渲?、?nèi)生生長。對于鋼錠的實際凝固條件下,在大部分凝固期間,凝固前沿是以樹枝狀或內(nèi)生狀態(tài)生長,最終得到樹枝狀晶的晶體結(jié)構(gòu)。晶體總是以原子排列最緊密的面與液相接觸,以使表面能最小。當(dāng)一次軸表面處組成過冷進一步增加時,又會在一次軸晶體缺陷處形成與一次軸相垂直的二次枝晶——二次軸。隨后還可能形成三次枝晶、四次枝晶等,每個晶干不斷長粗和長出更高次枝晶,直至彼此相遇。最后充滿整個樹枝晶各枝干間,形成一個晶粒。
根據(jù)生長方式的不同,可得到3種不同形狀的樹枝晶:
(1)柱狀晶。只有一個方向上的一次軸得到突出發(fā)展的樹枝狀晶。該一次軸稱為主軸。當(dāng)組成過冷小時,枝晶狀長大所得到的柱狀晶,二次枝晶不發(fā)達,類似于棒狀晶。隨著組成過冷的增加,柱狀晶的高次枝晶逐步得到發(fā)展。
(2)等軸晶。各方向都得到較均勻發(fā)展的樹枝狀晶。只有內(nèi)生生長時才形成等軸晶。
(3)粒狀晶。枝晶不發(fā)達的樹枝狀晶,也稱球雛晶。只有在散熱強度極小時,如鋼錠和鑄件的熱中心處才可見到粒狀晶 。
鋼錠通常由晶粒組織不同的三個區(qū)域所組成:
(1)鋼錠表面細小等軸晶帶,也稱激冷層。它是在模壁上或靠近模壁處鋼液中非自發(fā)形核的結(jié)果。鋼液與模壁接觸,受到強烈冷卻,獲得較大的過冷度。由于過冷熔體中的雜質(zhì)及粗糙模壁都可成為現(xiàn)成的結(jié)晶核心,幾乎同時形成大量晶核,它們彼此妨礙各自的長大,因而得到不同取向的細小等軸晶帶。
(2)柱狀晶帶。隨著錠表激冷層的形成,熱阻增大。特別是錠殼與模壁間形成氣隙后,更使鋼液的散熱強度降低,凝固前沿鋼液中過冷度減?。囟忍荻葴p小)。在這樣的條件下,鋼液的過熱熱量和結(jié)晶潛熱主要通過凝固層傳出,發(fā)生向模壁的定向傳熱。并且由于晶體長大所需要的過冷比形核小得多,于是結(jié)晶表現(xiàn)為已有晶體的繼續(xù)長大。激冷層的內(nèi)緣,樹枝晶體的一次軸朝著不同的方向,而其中一次軸與模壁垂直的那些晶體,通過它的散熱路線最短,散熱最快,以及該軸離成分未變鋼液最近,過冷降低較小,所以這些晶體向錠心的長大得到優(yōu)先發(fā)展,而其余的晶體和這些晶體向其他方向的長大則受到彼此的妨礙而被抑制。于是,在細小等軸晶帶之后,接著形成迎著熱流方向生長的有明顯方向性的柱狀晶。
(3)錠心粗大等軸晶帶。錠心的結(jié)晶過程還不十分清楚。一般認為,隨著柱狀晶的不斷發(fā)展,散熱強度逐漸減小,兩相區(qū)寬度不斷擴大;而且由于結(jié)晶速度減慢,液析過程得以發(fā)展,在凝固前沿產(chǎn)生雜質(zhì)元素的富集層。結(jié)晶速度降低到某一臨界值后,出現(xiàn)組成過冷區(qū),阻止柱狀晶的繼續(xù)生長,導(dǎo)致富集層前面成分較純、過冷度較大的鋼液中產(chǎn)生孤立的等軸晶,并向各個方向長大,形成無一定方向的粗大等軸晶。對于大型碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼鋼錠,在柱狀晶帶與錠心等軸晶帶之間,還可以區(qū)分出過渡晶帶,分枝柱狀晶帶,而在錠心區(qū)下部,還經(jīng)??梢园l(fā)現(xiàn)成分較純、晶粒較粗大的“沉積錐?!备鶕?jù)鋼種和澆注條件的不同,鋼錠中各結(jié)晶帶的厚度及相對比例可在很大范圍內(nèi)變化,有的結(jié)晶帶甚至可以完全消失 。
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通過數(shù)學(xué)物理模型的建立,采用數(shù)值計算法,計算了真空煉鋼條件下,通過產(chǎn)生的CO氣泡脫氮的動力學(xué)規(guī)律,找出了不同深度產(chǎn)生的CO氣泡脫氮的不平衡參數(shù)和脫氮數(shù)量與熔池深度的關(guān)系。
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對添加稀土β成核劑的無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)非等溫結(jié)晶動力學(xué)進行了研究,采用修正Avrami方程的Jeziorny法和莫志深法對差示掃描量熱法(DSC)所得的數(shù)據(jù)進行處理。結(jié)果表明,純PPR的非等溫結(jié)晶行為適合Jeziorny法和莫志深法,同時莫志深法可以很好地描述β成核劑改性PPR(βPPR)的非等溫結(jié)晶行為,但Jeziomy法不能。添加0.05%(質(zhì)量分數(shù))的β成核劑就可以起到成核作用,提高PPR的結(jié)晶度,并使得PPR的結(jié)晶溫度升高;但是在相同的冷卻速率下,純PPR達到一半結(jié)晶度所需的時間(t_(1/2))和結(jié)晶峰半峰寬(△W)比βPPR的值要小;同時達到相同的結(jié)晶度βPPR所需的冷卻速率要大于純PPR的,這說明β成核劑的加入降低了PPR的結(jié)晶速率。
從鋼液中產(chǎn)生晶體的過程,也稱液態(tài)結(jié)晶或一次結(jié)晶。隨著熱量的導(dǎo)出,晶體從無到有(形核),由小變大(晶體長大),直至液體全部轉(zhuǎn)為固體(晶體),完成結(jié)晶過程。鋼液的結(jié)晶過程決定著鋼錠或鑄件的結(jié)晶組織及物理、化學(xué)不均勻性,從而影響到鋼的機械、物理和化學(xué)性能??刂其摰慕Y(jié)晶過程是提高鋼的質(zhì)量和性能的重要手段之一。
鋼液不是純金屬,而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此,它的結(jié)晶過程不是在某一固定的溫度(熔點)進行,而是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。在平衡結(jié)晶條件下,鋼液溫度降至其液相線溫度(tL)時開始出現(xiàn)晶體,而達到固相線溫度(ts)時結(jié)晶方告結(jié)束。此液相線和固相線間的溫度區(qū)間,即tL-ts=Δtc。便稱為該合金的結(jié)晶溫度范圍。某一鋼種的結(jié)晶溫度范圍主要取決于所含元素的性質(zhì)及其含量,并可由鐵與相應(yīng)元素的二元或三元相圖來確定。各元素對結(jié)晶溫度范圍的影響可近似地看成可加和的。因此某一具體鋼種的結(jié)晶溫度范圍。
鋼液凝固時,在靠近模壁的固相(凝固層)與內(nèi)部液相之間存在著一個過渡區(qū)-兩相區(qū)(圖1),即在凝固著的鋼錠內(nèi),存在三個區(qū)域:固相區(qū)、兩相區(qū)、液相區(qū)。鋼液的結(jié)晶即形核和晶核長大過程只在兩相區(qū)進行。鋼錠的凝固就是兩相區(qū)由鋼錠表面向錠心的推移過程:當(dāng)液相等溫線到達鋼錠內(nèi)某一部位時,結(jié)晶開始;而固相等溫線達到某一部位時,該處結(jié)晶便告結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。液相等溫線和固相等溫線到達錠內(nèi)某一指定點的時間間隔,即該點從液相線溫度降至固相等溫線所經(jīng)歷的時間,稱作該點的本地凝固時間,常以q表示之。本地凝固時間與該處的平均冷卻速度成反比。由于鋼錠內(nèi)不同部位的傳熱條件差異很大,因此不同部位的本地凝固時間會有很大的不同,從而引起結(jié)晶組織的不同。鋼錠內(nèi)液相等溫線和固相等溫線間的距離稱作兩相區(qū)寬度,以△x表示之。且有。兩相區(qū)窄有利于柱狀晶發(fā)展,而兩相區(qū)寬有利于等軸晶發(fā)展。
合金凝固時,由于溶質(zhì)在固相中和在液相中的溶解度不同,而產(chǎn)生選分結(jié)晶(也稱脫溶或液析)現(xiàn)象。即伴隨結(jié)晶的進行,在凝固前沿不斷有溶質(zhì)析出(K<1時),使液相同溶質(zhì)濃度逐漸增加。在平衡結(jié)晶時,溶質(zhì)在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行,因而并不產(chǎn)生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中,溶質(zhì)在兩相,特別是在固相中的擴散不能充分進行。結(jié)果析出的溶質(zhì)不斷在凝固前沿的母液中富集,形成濃度很高的溶質(zhì)偏析層,此偏析層內(nèi)熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低,因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現(xiàn)象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現(xiàn)溶質(zhì)最大的富集情況。其溶質(zhì)的分布可用下式來描述:,式中C L(x)為距凝固前沿x處液相中溶質(zhì)濃度;C0為合金熔體中溶質(zhì)的初始濃度;K為溶質(zhì)的平衡分配系數(shù),K=Cs/CL導(dǎo);R為結(jié)晶速度;DL為溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)。設(shè)K為常數(shù)(液、固相線為直線),且液相線斜率為m,則與凝固前沿溶質(zhì)濃度相對應(yīng)的液相線溫度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)來描述。C L(x)及t L(x)的變化如圖2所示。可見C L(x)隨距凝固前沿距離增加而減小,t L(x)隨距凝固前沿距離的增加而增高。在凝固前沿(x=O)處。熔體液相線溫度tL與熔體實際溫度之差稱過冷,即Δt =tL-te。當(dāng)達到穩(wěn)定態(tài)結(jié)晶時,凝固前沿處tL=te=ts此時,液相線溫度分布曲線與實際溫度分布曲線所圍成的區(qū)域(圖2陰影區(qū))稱組成過冷區(qū)。組成過冷的出現(xiàn),必將終止原有凝固界面的繼續(xù)推進,并且當(dāng)其凝固前沿前方過冷較大處的過冷超過生核所需的過冷度Δt ﹡ 時,將在凝固界面前方形成新的晶核。這是鋼錠結(jié)晶組織由柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變的一種有說服力的解釋。
晶體生長方式,即凝固前沿推進的方式取決于凝固前沿組成過冷的大小。當(dāng)組成過冷從無到有、由小變大時,凝固前沿將由平滑無組織狀態(tài)演變?yōu)榘麪钪敝翗渲?、?nèi)生生長。對于鋼錠的實際凝固條件下,在大部分凝固期間,凝固前沿是以樹枝狀或內(nèi)生狀態(tài)生長,最終得到樹枝狀晶的晶體結(jié)構(gòu)。晶體總是以原子排列最緊密的面與液相接觸,以使表面能最小。對面心立方晶格的γ一Fe來說,密排面為{111}面,所以開始析出的晶體呈八面體外形。隨著結(jié)晶的進行,由于選分結(jié)晶在凝固前沿形成溶質(zhì)富集層,這時晶體便從表面溶質(zhì)濃度富集較少的部位-八面體的頂端沿[111]方向凸出生長,形成樹枝晶的一次軸(主干)。接著,一次軸沿八面體的棱邊--溶質(zhì)濃度次低處優(yōu)先長粗。當(dāng)一次軸表面處組成過冷進一步增加時,又會在一次軸晶體缺陷處形成與一次軸相垂直的二次枝晶--二次軸。隨后還可能形成三次枝晶、四次枝晶等,每個晶干不斷長粗和長出更高次枝晶,直至彼此相遇。最后充滿整個樹枝晶各枝干間,形成一個晶粒。根據(jù)生長方式的不同,可得到3種不同形狀的樹枝晶:(1)柱狀晶。只有一個方向上的一次軸得到突出發(fā)展的樹枝狀晶。該一次軸稱為主軸。當(dāng)組成過冷小時,枝晶狀長大所得到的柱狀晶,二次枝晶不發(fā)達,類似于棒狀晶。隨著組成過冷的增加,柱狀晶的高次枝晶逐步得到發(fā)展。(2)等軸晶。備方向都得到較均勻發(fā)展的樹枝狀晶。只有內(nèi)生生長時才形成等軸晶。(3)粒狀晶。枝晶不發(fā)達的樹枝狀晶,也稱球雛晶。只有在散熱強度極小時,如鋼錠和鑄件的熱中心處才可見到粒狀品。
將鋼絲棉盤成小盤用調(diào)速手拋機將速度調(diào)在400轉(zhuǎn)以下,將盤好的鋼絲棉盤壓在手拋機打磨頭下在石材表面上試機,以鋼絲棉不脫出不散開為準,啟動打磨機正常結(jié)晶硬化處理。打磨不得少于三遍,直至過到結(jié)晶硬化效果?;◢徥孛鎵γ娼Y(jié)晶同上用相對應(yīng)的花崗石晶硬劑進行結(jié)晶處理。結(jié)晶硬化時也可用結(jié)晶墊配合結(jié)晶粉結(jié)晶。結(jié)晶墊可用白墊、紅墊(不掉色)、結(jié)晶粉進行結(jié)晶。大理石晶硬粉用水稀釋,呈膏狀為佳。均勻壓在打磨墊下,啟動機器勻速打磨,打磨中可加少許清水,直至石材光亮出現(xiàn)晶硬效果。結(jié)晶硬化后必須用清水清洗和玻璃刮板刮干凈。
常用175、208、300轉(zhuǎn)/分鐘重40-70KG的多功能翻新機或?qū)I(yè)的晶硬機。結(jié)晶時可用鋼絲棉盤打磨墊狀,要求盤平整、飽滿,放在需做晶硬的石材地面將晶硬劑準備好,清理開地面不能有阻擋物,安裝針盤,壓在盤好的鋼絲棉墊上,啟動機器可進行結(jié)晶硬化處理。結(jié)晶硬化處理的材料要根據(jù)不同石材材質(zhì)合理的選擇大理石晶硬劑。
若剛開始結(jié)晶時地面打磨發(fā)黑時表明研磨翻新后石材水份沒完全干透或地上塵土太多。若有時間允許的話等石材干透后再做結(jié)晶,時間不允許的話可選用下面的用拋光墊用結(jié)晶粉進行結(jié)晶處理。
結(jié)晶的作用:經(jīng)過晶硬處理之后,石面分子更致密,光澤度明顯提高,不僅能增強色彩和光亮度,還能達到防滑、防水、防油等功效。