- •19. Основы сварочного производства
- •19.1. Общие сведения о сварке
- •19.2. Основы ручной дуговой сварки
- •19.3. Устойчивость горения дуги.
- •19.4. Способы регулирования режимов сварки у источников питания.
- •19.5. Источники питания переменного тока.
- •19.6. Источники питания постоянного тока.
- •19.7. Особенности металлургических процессов при сварке.
- •19.8. Основные реакции в зоне сварки.
- •19.10. Электроды и сварочная присадочная проволока
- •19.6. Автоматическая дуговая сварка под флюсом
- •19.7. Электрошлаковая сварка
- •20. Технология сварочного производства
- •20.1. Газовая сварка
- •20.2. Способы сварки давлением
- •20.3. Особенности технологии сварки стали, чугуна и цветных металлов
- •20.5. Дефекты и причины их образования в сварных соединениях
- •21. Основы обработки металлов резанием
- •21.1. Общие сведения о процессе резания металлов
- •21.2. Виды заготовок и припуск на обработку
- •21.3. Рабочие, установочные и вспомогательные движения в металлорежущих станках
- •Конструктивные элементы резца и его геометрические параметры
- •21.4. Точность изготовления деталей машин и качество обработанной поверхности
- •22. Металлорежущие станки и методы обработки заготовок
- •22.1 Классификация металлорежущих станков
- •22.2. Обработка заготовок на станках токарной группы
- •22.3 Обработка заготовок нa сверлильных и расточных станках
- •22.4. Обработка заготовок на фрезерных станках
- •22.6.Физико-химические и электрофизические способы обработки
- •23. Технология производства пластических масс
- •23.1. Пластические массы. Классификация
- •23.2. Технология производства изделий из пластмасс
- •23.3. Технология производства резиновых технических изделий
- •24. Дисперсные системы. Порошковая металлургия
- •24.1. Введение
- •24.2. Свойства малых частиц
- •24.3. Коагуляция частиц
- •24.4. Механические методы получения порошков
- •24.5. Диспергирование расплавов
- •24.6. Физико-химические методы получения порошков
- •24.7. Формирование и спекание порошков
- •24.8. Свойства порошковых материалов
- •25. Контроль качества материалов
- •25.1. Общие положения
- •25.2. Приборы и инструменты для визуального и измерительного контроля
- •25.3. Проведение визуального и измерительного контроля
24.2. Свойства малых частиц
Фундаментальную роль в термодинамике дисперсных систем и малых частиц играет понятие поверхностного натяжения, как фактор интенсивности поверхностной энергий. Это связано с достаточно большой долей поверхности по отношению к объему для малых частиц, т.е. удельной поверхностью.
Удельная поверхность тела определяется отношением площади поверхности тела S к его объему:
. (1)
Для дисперсных систем общая поверхность всех частиц равна - сумма площадей поверхностей всех частиц в данной системе,V – объем всей дисперсной системы.
Монодисперсные системы состоят из одинаковых по размеру частиц, а полидисперсные из неодинаковых.
Для п одинаковых частиц ,
тогда , (2)
т.е. дисперсность системы можно определить и по одной частице.
S1, V1 - площадь поверхности и объем одной частицы.
Примеры: Для частицы кубической формы со стороной а
= S1 / V1 = 6a2 / a3 = 6a.
Для сферической частицы диаметром d .
В общем случае , (3)
1/ = D – есть дисперсность - величина, обратно пропорциональная размеру частиц, К - коэффициент формы тела
. (4)
Зная массу частицы m = V, удельную поверхность можно определить по формуле , (5)
где - плотность тела.
Другой характеристикой дисперсности является кривизна поверхности Н:
. (6)
Пример: для сферы S = 4 r2; dS = 8 r
V = 4/3 r3; dV = 4 r2 ; H = 1/r.
Зависимость от степени измельчения дана в следующей таблице
Куб, а (см) |
Число частиц |
Удельная пов. (см2/см3) |
1 10-1 10-4 10-7 |
1 103 1012 1021 |
6 610 6104 6107 |
Поверхностная энергия Wn связана с коэффициентом поверхностного натяжения Wn = dS. (7)
Зависимость от размера частиц имеет вид
. (8)
При r* имеем плоскую поверхность, тогда , где - поверхностное натяжение плоской границы.
При r а (где а параметр решетки или межатомное расстояние) 0.
Давления, возникающие в малой частице, соответствуют уравнению Лапласа . (9)
Для сферической капли r1 = r2 = r.
, (10)
где - поверхностное межфазное давление,
p - давление внутри частицы,
p - давление окружающей среды.
При кристаллизации из пара, давление пара pr над частицей радиусом r определяется по формуле Кельвина
, (11)
где Vr - размер кристалла, p - давление пара над плоской поверхностью,
R – газовая постоянная, Т – температура.
При кристаллизации из раствора имеет место следующая формула
, (12)
где cr, c - концентрации выпадающей фазы на поверхности частицы и на плоской границе.
Из условия равенства химических потенциалов двух фаз с помощью формулы Кельвина (24.10) Томсон получил зависимость температуры плавления частиц TL от их размера:
, (13)
где - плотность частицы, - межфазная энергия , L - теплота плавления, Т - температура плавления массивного материала.
К дисперсным частицам следует отнести и кристаллические зародыши новой фазы, выпадающие из пара, раствора, расплава, аморфной среды, при твердофазных превращениях.
Изменение свободной энергии Гиббса сосуществующих и фаз состоит из объемной и поверхностнойсоставляющих
, (14)
где ,
–удельная объемная энергия Гиббса, V – объем тела, - поверхностное натяжение, S – площадь поверхности частицы.
Для сферического зародыша ,. При выпадении из, например, расплава, гдеTL – температура плавления, Т = TL – Т – переохлаждение.
Тогда . (14а)
Из условия равновесия находим критический размер зародыша
или (15)
При подстановке rкр из (24.15) в (24.14а) получим работу Ak образования зародыша
. (16)
Скорость образования зародышей равна
, (17)
где k – постоянная Больцмана, G – энергия активации самодиффузии, J0 = Const.