Измерение вязкости высокотемпературных металлических расплавов методом крутильных колебаний

• Автор: Логунов, Сергей Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Введение
Глава 1. Процессы структурообразования в неравновесных металлических расплавах
1.1. Методы измерения вязкости металлических расплавов
1.2. Модели микронеоднородного строения жидкой фазы
1.3. Термоструктурные превращения
1.4. Временные релаксационные процессы в металлических расплавах
1.5. Концентрационные структурные превращения в бинарных металлических системах
Выводы по первой главе
Глава 2. Методика измерения вязкости металлических расплавов
2.1. Метод крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом в варианте Е.Г. Швидковского
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Методика определения декремента крутильных колебаний
' 2.4. Анализ погрешностей измерительного тракта
2.6.Анализ случайного процесса измерения вязкости
2.7. Температурные поля в рабочей зоне вискозиметра
Выводы по второй главе
Глава 3. Временная нестабильность и релаксационные процессы в неравновесных металлических расплавах
3.1. Осциллирующие релаксационные процессы при фазовом переходе кристалл
жидкая фаза
3.2. Степень нестабильности - время релаксации в неравновесных расплавах
3.3. Временные процессы в жидкой ртути
3.4. Влияние температуры расплава на временную нестабильность
3.5. Оценка времени жизни кластеров
3.6. Феноменологическая модель осциллирующих релаксационных процессов...76 Выводы по третьей главе
Глава 4. Термоструктурные превращения в металлических расплавах на основе железа
4.1. Структурные превращения в расплавах системы железо-бор
4.2. Гистерезисные явления в расплаве 2НСР
Выводы по четвертой главе
Глава 5. Вязкость и структурные превращения в бинарных расплавах эвтектической системы никель-бор
5.1.Температурная зависимость вязкости
5.2.Концентрационная зависимость вязкости
Выводы по пятой главе
Общие выводы
Литература

Введение
Актуальность работы
Несмотря на успешное развитие в последние годы математических моделей для описания жидкой фазы, теория жидкого состояния еще сильно отстает от хорошо развитых теорий твердого и газообразного состояний и корректно описывает только простые жидкости. Исследование же реальных жидкостей в значительной степени идет по пути накопления экспериментального материала об их структуре и свойствах. С другой стороны, при получении большинства металлов и сплавов важной стадией является жидкое состояние, которое во многом определяет формирование служебных характеристик материалов в твердом состоянии. Это обуславливает большой интерес исследователей к изучению структуры, теплофизических свойств жидкой фазы, исследованию превращений в них, а также взаимосвязи структуры жидкой фазы и наследуемой при сверхбыстрой закалке расплава.
Решающее значение при анализе явлений термических и временных изменений в жидкостях приобретает выбор метода исследования, особенно его прецизионность и чувствительность к изменению температуры. В этом смысле прямые дифракционные методы представляются менее надежным и достоверным индикатором структурных перестроек в металлических жидкостях, чем измерение их свойств. Вязкость является одним из наиболее структуро-чувствительных свойств для исследования процессов происходящих в жидкой фазе. В частности, для высокотемпературных металлических расплавов наиболее широко используется метод измерения кинематической вязкости методом крутильных колебаний в варианте Швидковского. Однако существующие в настоящий момент методики измерения основаны в основном на визуальной регистрации измеряемых параметров и не позволяют с достаточной степенью точности измерять вязкость. Известные литературные данные показывают, что на политермах структурочувствительных свойств выявляются температурные участки с аномальным отклонением вязкости от температуры. Они свидетельствуют о структурных превращениях в жидкой фазе при определенных температурах. Величина этих эффектов иногда находится на уровне ошибки, и только проведение прецизионных исследований позволяет надежно их определить. Под увеличением точности проведения эксперимента подразумевается не только совершенствование технической и методической части экспериментальной установки, но и использования для обработки данных современных статиста- > ко-вероятностных методов. С другой стороны, очень важным моментом является ис-

При автоматической регистрации параметров затухающих колебаний подвесной системы с расплавом можно одновременно измерять параметры импульса фотодатчика при прямом и обратном ходе отраженного луча. В этом случае декремент и период определяется с большей точностью при том же количестве колебаний, и нет необходимости в строгом центрировании луча лазера по центру фотодиода.
2.4.Анализ погрешностей измерительного тракта
Определение вязкости расплава по формуле (2.1) представляет процесс косвенных измерений. В соответствии с теорией [88] сначала определяются ошибки прямых, а затем и косвенных измерений. При этом необходимо учитывать как систематические, так и случайные составляющие ошибки, хотя во многих случаях такое разделение является условным. Наиболее важным моментом является правильное определение суммарной погрешности. В дальнейшем используется так называемое квадратичное суммирование под корнем квадратным [88]:
где а - некоторая измеряемая величина; индексы "X", "сл" и "сис" относятся соответственно к суммарной, случайной и систематической ошибкам.
Запишем формулу (2.1), пренебрегая малой величиной т8о/То по сравнению с 5 и полагая <т=1 (нулевое приближение), в виде:
Учитывая, что момент инерции подвесной системы определяется по соотношениям [1]:
(2.11)
у0=КхК2КгКА82,
(2.12)