Градиентов температуры

Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Эти факторы будут влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема кристаллизующейся стали и т. д. Повышение степени перегрева и увеличение скорости охлаждения слитка способствует увеличению доли столбчатых кристаллов и может повести к полной транскристаллизации, как это показано на рис. 34,а; при несколько замедленном охлаждении в центре слитка образуется зона равноосных кристаллов (рис. 34,6).

Если ДЯ>0 (для Al; Cu; Fe и др.), то направление потока термодиффузии противоположно потоку теплоты, что характерно для металлов, не образующих гидридов, у которых растворимость растет с повышением температуры. Если ДЯ<0 (Ti; Zr; V; Nb и др.), то направление потока термодиффузии совпадает с направлением потока теплоты, что характерно для гидридо-образующих металлов. В результате образования сварного соединения в условиях высоких градиентов температур возникает неравномерная концентрация водорода, которая может быть устранена последующей термической обработкой. Примеры распределения концентраций водорода после сварки приведены на рис. 10.18, а, б.

вне электромагнитного и механического процессов, приводящее к первоначальному пластическому деформированию заготовки (аа счет созданного градиента нагрузки) и формированию градиентов скоростей отдельных частей заготовки На втором этапи, при затухании силового воздействия ИМП, но сохранении его'электрофизического воздействия на материал, происходит окончательное дсформнронаиие заготовки зо счет приобретенной кинетическом анергии, оироделяемом полученным градиентом скоростей и волновым переносом энергии. В единстве рассмотренных этапов происходит самоорганизующееся бесконтактное формоизменение заготовки. При этом, за счет воздействия ИМП ни материал заготовки происходит дополнительное усилении нсрцвновесности системы путем создания градиентов температур И напряжений на дефектах структуры металла, дополнительно способствующих самоорганизации деформационного процесса.

Поскольку скорость охлаждения к йериферии расплава спадает, то период пространственной структуры растет к периферии расплава. Это видно также из пропорциональной связи А. и IT, так как время оборота вихря задается временен наблюдения, определяемым скоростью, охлаждения Тна6л - l/(dT/dt). К причинам, которые могут повлиять на указанную тенденцию роста периода могут относиться образование фазы (макроскопическое образование и образование зародыша), структурные состояния (и их изменения), связанные с закалкой из жидкого состояния в условиях высоких градиентов, температур, в том числе дефекты. Выявим влияние образования фазы на период пространственной структуры. Используя параметры фаза- образования без кристаллизации (обычно отождествляемого с образованием аморфного состояния) [2] и соотношение (1), получаем для периода

Эффекты самоорганизации являются результатом обмена системы энергией и веществом с окружающий средой при подводе к ней энергии и массы. Так как основным механизмам диссипации энергии является теплопроводность и диффузия, то очевидное создание неравновесного технологического процесса неразрывна связано о обеспечением условий самоорганизации физико-химических процессов, а именно, с обеспечением при обработке материалов градиентов температур, напряжений и химического состава.

в которых осуществляется нагрев объекта (например, с помощью сканирующего луча инфракрасного лазера) с последующей индикацией градиентов температурного поля специальными датчиками-приемниками инфракрасного излучения, и пассивные методы, при которых используют собственное тепловое излучение объекта контроля. Более чувствительные — активные методы, выявляющие дефекты с эквивалентной площадью 10... 12 мм2. Контроль тепловыми методами производят с помощью электронных устройств — тепловизоров. Они позволяют выделять на тепловом изображении объекта области равных градиентов температур (изотерм) и отображать данные области с различной интенсивностью окраски на кинескопе. С помощью калибровки прибора по цветовой гамме автоматически фиксируются размеры дефектов.

в которых осуществляется нагрев объекта (например, с помощью сканирующего луча инфракрасного лазера) с последующей индикацией градиентов температурного поля специальными датчиками-приемниками инфракрасного излучения, и пассивные методы, при которых используют собственное тепловое излучение объекта контроля. Более чувствительные — активные методы, выявляющие дефекты с эквивалентной площадью 10... 12 мм2. Контроль тепловыми методами производят с помощью электронных устройств — тепловизоров. Они позволяют выделять на тепловом изображении объекта области равных градиентов температур (изотерм) и отображать данные области с различной интенсивностью окраски на кинескопе. С помощью калибровки прибора по цветовой гамме автоматически фиксируются размеры дефектов.

Увеличение скоростей нагрева и охлаждения приводит к возникновению существенных градиентов температур в образце. Так, при охлаждении тонкостенных трубчатых образцов распыленной водой и сжатым воздухом [92] градиент температур вдоль образца составил на десятимиллиметровой базе 10 и 5% по сравнению с /~2% для стационарного теплового режима. Градиент температур по сечению оказался 20 и 10 по сравнению с 2% для изотермических условий.

Наиболее эффективным способом снижения градиентов температур при неизотермических испытаниях является увеличение длительности цикла. На рис. 5.1.4 для случая нагрева пропусканием тока (при одновременном продуве сжатого воздуха через внутреннюю полость трубчатого образца) приведена зависимость продольного градиента температур от скорости нагрева. Видно, что для базы 10 мм (а) при скоростях изменения температуры до 15—25 град/мин, градиент температуры мало зависит от скорости, в то время как увеличение базы до 20 мм (б) приводит к более выраженному росту градиента.

Расчет термических напряжений с использованием метода конечного элемента дал при наличии указанных выше продольного и поперечного градиентов температур весьма малые величины для трубчатого образца и напряжения порядка 2 кгс/мм2 для сплошного цилиндрического образца (рис. 5.4.10).

Для многих элементов конструкций типично малоцикловое нагру-жение, обусловливающее циклические температурные напряжения. Такой режим нагружения реализуется в условиях преобразования тепловой энергии в течение характерного периода эксплуатации изделия и определяется возникновением постоянных градиентов температур в стационарных режимах и кинетикой температурных полей при смене тепловых состояний [ 1, 5,9,13,14,30, 31,36].

Третье граничное условие для (3.6) и (3.7) явного физического смысла не имеет и поэтому наблюдается большой произвол в его формулировке. Отметим основные варианты. В случае конвективного нагрева часто используют допущение о равенстве температур Т" = t" на внешней поверхности. Иногда применяется ошибочное условие равенства градиентов температуры в потоке охладителя по обе стороны внутренней поверхности dt/dZ\z = Q_Q = dt/dZ\z = 0+ Q. Позднее для внутренней поверхности стали применять соотношение hv(T - t') = Gcdt/dZ или hv(T -- t') = Л/tf2 T/dZ2. Как следует из (3.2), оба они выполняются тождественно и поэтому не определяют коэффициентов Ci ...C3 •

Рассмотрим направленную кристаллизацию, которая происходит при постоянном направлении отвода теплоты и определенном градиенте температур в жидкой и твердой фазах. Распределение температуры у межфазной поверхности определяется соотношением градиентов температуры в жидкой и твердой фазах, а также выделением при кристаллизации скрытой теплоты плавления. В результате ее выделения температурные градиенты снижаются в области жидкой фазы и возрастают в твердой. Характер распределения температуры у межфазной поверхности определяет ее микрорельеф, а следовательно, и структуру металла, формирующуюся в процессе кристаллизации.

Практический интерес для анализа процесса кристаллизации металла шва представляет расчетное определение поля градиентов температуры.

Искривление светового луча в горизонтальной плоскости происходит преимущественно за счет горизонтальных градиентов температуры. Поэтому на результаты створных наблюдений будет влиять боковая рефракция.

счет влияния вертикальных градиентов температуры и давления. Например, при dt/dh =2,7град/м, ^ =10° С, / = 10 согласно (24) поправка за рефракцию может достичь 4,3 мм.

= tH^—tsiK. В этих условиях температура стенки трубы выпарного аппарата при возникновении кризиса теплообмена не может достигать очень высоких значений, так как она всегда меньше температуры греющего пара. Вследствие малых градиентов температуры скорость распространения паровой пленки по поверхности трубы оказывается незначительной. Соответственно по мере развития кризиса происходит постепенное снижение осредненного по поверхности значения коэффициента теплоотдачи. В условиях Д?= а) — const снижение а сопровожда- -ется уменьшением плотности теплового потока <7—а('^ст—^н), так как температура стенки в этих условиях не может неограниченно увеличиваться. Таким образом, при паровом обогреве переход от пузырькового кипения к чисто пленочному происходит по линии DG. В точке G устанавливается минимальное значение q, отвечающее устойчивому пленочному кипению qG. Участок GF характеризует область пленочного кипения.

мер автор работы [199],-объясняют это тем, что при q, близком к <7крь число действующих центров парообразования достигает предельного значения, при котором паровые пузыри перекрывают всю 'площадь теплоотдающей поверхности и затрудняют тем самым доступ жидкости к стенке'из основного объема. Вероятнее всего, соприкосновение пузырей происходит в момент их отрыва от тепло-отдающей 'поверхности на расстоянии z/—/z от стенки в плоскости, где пузыри имеют максимальные площади поперечного сечения. Прекращение .подпитки пристенного двухфазного слоя приводит к очень быстрому испарению слоя жидкости вблизи стенки (y
среде. Характерно, что наибольшее число глобул отделяется прежде всего в зоне действия максимальных градиентов температуры. Так, для сопловой лопатки турбины( поверхность которой показана на рис. 31,з, и, к), изготовленной из сплава ЖС6К, такой зоной является переход- от пера к полке [26]. В сплаве ЖС6К с повышением максимальной температуры испытания склонность к межзеренному разушению возрастает, поскольку при этом наиболее интенсивно разупрочняются границы зерен.

Термические напряжения в деталях машин обычно не остаются постоянными и уменьшаются вследствие прогрева детали (уменьшение градиентов температуры) и релаксации. В первом случае повреждение материала уменьшается, во втором возрас-

Значит, две линии вертикальных градиентов температуры (рис. 13.12) пересекутся в точке, которая соответствует высоте 425 м.

Сплав Хастеллой С испытывался в самых разных морских средах: и показал очень высокую коррозионную стойкость (табл. 32). Обращает внимание универсальная стойкость этого сплава, не разрушаю--щегося в быстром потоке, при высоких температурах, в стоячей мор--ской воде и т. д. Согласно результатам некоторых экспериментов; Хастеллой С может выдерживать экспозицию в морской воде с температурой почти 290 °С. Другими словами, этот сплав обладает абсолютной стойкостью в условиях, связанных со струевым воздействием, наличием щелей и градиентов температуры. Кроме того, Хастеллой С не испытывает коррозионного растрескивания в морской воде при растягивающих напряжениях, близких к пределу текучести.