Методика выполнения работы

Для моделирования процесса кристаллизации металла в изложнице применяется гипосульфит. Он имеет невысокую температуру плавления 48... 52 °С и в жидком состоянии прозрачен. Поэтому ход кристаллиза­ции гипосульфита доступен для наблюдения. Однако в твердом состоя­нии гипосульфит образует малопрозрачные белые кристаллы. Возник­новение даже тонкой корочки из таких кристаллов препятствовало бы наблюдению за дальнейшим ходом кристаллизации жидкости.

Чтобы избежать этих осложнений, модель изложницы (рис.5) изготовляют комбинированной. Две ее стенки представляют плексигла­совые пластинки с низкой теплопроводностью.

В процессе выполнения работы необходимо взвесить 150 г гипосульфита и нагреть его в стакане на электроплитке до заданной температуры, ко­торая измеряется с помощью ртутно-стеклянного термометра. После этого гипосульфит заливаем в предварительно собранную и охлаждаемую проточной водой модель изложницы. Вначале заливаем небольшое ко­личество гипосульфита, покрывающее лишь дно сосуда. После затвер­девания этой порции заливаем весь оставшийся гипосульфит.

Рис. 5. Модель изложницы.

Сразу после заливки следим за нарастанием затвердевшего слоя и через равные интервалы времени 2 … 5 мин измеряем и записываем его толщину. Измерения производятся на середине высоты слитка с по­мощью линейки отдельно для каждой стороны кристаллизующегося слитка. При этом необходимо особо отметить время, истекшее от мо­мента заливки до начала кристаллизации слитка на половине его высо­ты, толщину корковой зоны, моменты начала образования столбчатых кристаллов и зон крупных равноосных кристаллов, протяженность этих зон. Следует отметить также наличие восходящих и нисходящих потоков жидкости, с какого момента они стали заметными, наблюдалось ли об­ламывание и передвижение кристаллов.

После окончания процесса кристаллизации модель изложницы раз­бираем и извлекаем из нее слиток. Поверхность слитка протравливаем дистиллированной водой и зарисовываем его структуру, указывая про­тяженность соответствующих зон для половины высоты слитка. На схе­ме должно быть показано также расположение усадочной раковины и ее размеры. Затем модель собираем и всю последовательность операций производим для следующей, указанной руководителем температуры.

Содержание отчета

1. Кратко изложить причины образования различных кристаллических зон слитка, привести схему модели изложницы, описать последователь­ность проведения опыта.

2. Представить таблицу нарастания толщины затвердевшего слоя для опытов, проведенных при разных температурах.

Таблица 1

Температура заливки, °С	Толщина δ (см) корочки через время τ, мин	Примечания
				…
К, см/мин1/2

В таблице указать среднюю арифметическую толщину корочки для двух сторон. В примечании отметить время, истекшее от момента залив­ки до начала кристаллизации на половине высоты слитка, момент нача­ла образования столбчатых кристаллов и толщину затвердевшей короч­ки из мелких равноосных кристаллов, момент начала образования зоны крупных равноосных кристаллов и протяженность зоны столбчатых кри­сталлов. Необходимо отметить также, были ли заметны нисходящие и восходящие потоки жидкости, в какой части слитка и с какого момента, наблюдалось ли обламывание кристаллов. По данным таблицы строят график, на котором на оси абсцисс откладывается время от начала за­ливки, а на оси ординат – толщина затвердевшего слоя для разных температур заливки. На графике отмечают моменты образования раз­личных зон слитка и указывают их толщину.

3. Привести схемы структур протравленной поверхности слитка. Со­поставить протяженность различных зон по результатам визуального наблюдения за ходом кристаллизации и по результатам их измерения на протравленной поверхности слитка.

4. Сформулировать выводы о влиянии температуры заливки на строение слитка, протяженность различных зон, скорость и продолжи­тельность затвердевания, расположение и размеры усадочной рако­вины, наличие и расположение нисходящих потоков жидкости и обла­мывание столбчатых кристаллов.

5. Рассчитать значение коэффициента затвердевания для указанных выше моментов времени по формуле

К=δ/√τ

и оценить его постоянство или непостоянство в данной работе.