Неньютоновских жидкостей

для плавки металла в вакууме энергией электрич. дуги. Используется для выплавки слитков (гл. обр. из титана и стали) в медных водоохлажда-емых кристаллизаторах и для получения фасонного литья из высокореакционных и тугоплавких металлов (титана, ниобия) т.н. плавкой в гар-нисаже. Металл, полученный в Д.в.п. характеризуется низким содержанием газовых примесей и неметаллич. включений.

ном); это, во-первых, стабилизирует дугу и повышает её темп-ру до 10000-20000 К и, во-вторых, создаёт над выплавляемым металлом нейтральную атмосферу. Различают П.-д.п. для плавки и переплава металла. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ -рафинирующий переплав в плазмен-но-дуговых печах, при к-ром металл (заготовка) переплавляется под действием плазмы в водоохлаждаемом кристаллизаторе и образует слиток. П.-д.п. обеспечивает рафинирование металла от кислорода, неметаллич. включений и др. примесей. При использовании азотсодержащей плазмы можно легировать металл азотом. При П.-д.п. достигается значит, улучшение структуры слитка по сравнению с отливкой в изложницу. П.-д.п. разработан в СССР в нач. 60-х гг.

ВАКУУМНАЯ ПЛАВКА — плавка металлов и сплавов под пониженным остаточным давлением, чаще всего 100—0,1 мПа (ок. 10~s—10~в мм рт. ст.). В. п. позволяет эффективно очистить металл от газов (азота, кислорода и водорода), примесей и неметаллич. включений, что создаёт условия для успешного использования этого метода в произ-ве металлов для особо ответств. изделий. В. п. осуществляется в вакуумных печах.

КАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ — по принятой в СССР классификации категория стали, к изготовлению к-рой предъявляются более жёсткие технич. требования, чем к стали обыкновенного качества. Последнюю К. с. превосходит по однородности строения, по чистоте (меньше серы и фосфора, неметаллич. включений, газов), по общему уровню механич. св-в. Кроме К. с. и стали обыкновенного качества, стандарты различают высококачественную сталь, к к-рой предъявляются ещё более жёсткие требования по чистоте (гл. обр. по содержанию серы и фосфора).

МАРТЕНОВСКИЙ ПРОЦЕСС — сталеплавильный процесс, протекающий в мартеновской печи. В зависимости от футеровки печи различают основной и кислый М. п. Наибольшее распространение получил основной процесс, позволяющий перерабатывать практически любые шихтовые материалы, в т. ч. с высоким содержанием фосфора и серы. Преимущество кислого процесса перед основным — возможность получения стали с более низким содержанием газов и неметаллич. включений и с более высокими механич. св-вами. Металлич. завалка состоит из чугуна (в твёрдом или жидком виде) и стального лома, причём доля каждого из них может изменяться от 0 до 100% в зависимости от условий данного р-на и сорта выплавляемой стали. М. п. заключается в расплавлении шихты, снижении в ней содержания углерода, кремния, марганца, удалении нежелат. примесей (серы, фосфора) и введении недостающих элементов (легировании). Темп-pa в печи должна обеспечивать пребывание металла в жидком состоянии; к концу плавки она составляет 1600—1650 "С. Недостающий для окисления примесей чугуна кислород вносят в печь присадкой железной руды или окалины. Для связывания в шлаки выделяющихся из ванны окислов в печь добавляют флюсы (в основном процессе — известняк или известь). Избыток введённого в сталь кислорода удаляют в конце плавки раскислением в печи и при разливке. В целях интенсификации М. п. применяют кислород, вводимый как для обогащения воздуха, так и для окисления примесей. Мартеновский способ выплавки стали постепенно заменяют кислородно-конвертерным (см. Кислородно-конвертерный процесс).

СВЕТЛОВЙНА — дефект, обнаруживаемый на обработанных резанием поверхностях деформир. в горячем состоянии (катаной, кованой) стали, гл. обр. среднеуглеродистой, проявляющийся в виде полосок светлого тона. С. представляют собой вытянутые вдоль направления деформирования крупные образования феррита, выделившиеся при вторичной кристаллизации стали вокруг неметаллич. включений.

СТРОЧЕЧНАЯ СТРУКТУРА — расположение структурных составляющих (в т. ч. неметаллич. включений) в металле полосами в виде строчек. С. с. обусловливает разницу в механич. и др. св-вах вдоль и поперёк строчек, снижает ударную вязкость.

При плавлении сплавов применяют хлористые флюсы ВИ2, ВИЗ, спец. флюсы (для магниевоциркониевых сплавов), бес-хлоридный ФЛ1, рафинирующие расплавленный металл от неметаллич. включений и предохраняющие его от горения. Фтористый флюс используется на последней стадии рафинирования и в качестве покровного при разливке сплавов системы Mg—А1— Zn по формам.

не только не приводит к заметному понижению предела усталости, но у нек-рых марок стали, напротив, обусловливает увеличение предела выносливости. Большое значение имеет технология выплавки сплавов. Приводятся данные, показывающие, что высокопрочная сталь, выплавленная в вакууме, имеет на 30—40 % более высокий предел выносливости по сравнению с выплавленной в атмосфере. Присутствие в структуре стали неметаллич. включений приводит к снижению предела выносливости, тем большему, чем выше уровень статич. прочности (рис. 3). У многих сплавов усталостная прочность повышается с уменьшением размеров зерна, хотя предел прочности и твердость могут при этом практически не меняться. Для

Рис. 3. Влияние неметаллич. включений на пределы выносливости стали SAE 4340 (аналогична по составу 40ХНМА).

С помощью радиоактивных изотопов обнаруживаются загрязнения неметаллич. включениями, напр, включениями кальция (в шарикоподшипниковой стали), сильно снижающими срок службы шарикоподшипников. Для этой цели последовательно вносят метку кальция (Са) в «подозреваемые» источники загрязнения (шлак, футеровка тигля, сифон, футеровка ковша). Было установлено, что основным «поставщиком» неметаллич. включений оказалась футеровка ковша. М.а.м.также исследуется кинетика перераспределения легирующего элемента между фазами при изотермич. распаде переохлажденного аустенита хромистой и вольфрамовой стали. Для этого применяются радиоактивные изотопы Сг51 и W185.

При изучении влияния центробежных сил на течение аномально-вязкой жидкости исследуются гидродинамические характеристики и теплообмен неньютоновских жидкостей — растворов и расплавов полимеров. На основании этих исследований определяются оптимальные условия стационарного и пульсационного течения реологических сред в каналах, являющихся рабочими частями машин и аппаратов химической и добывающей промышленности. Для оптимизации условий течения рассматриваются вопросы управления гидродинамическими параметрами потока. Исследования влияния на поток жидкости поля действия центробежных сил позволили разработать новую алмазную пилу, заполненную жидкостью. В этом инструменте снижены температурные напряжения в алмазоносном слое, благодаря чему повышается его стойкость. Помимо этого наличие в инструменте двухфазной среды металл — жидкость снизило уровень звукового давления, что улучшает санитарные условия труда рабочих при обработке различных материалов. В настоящее время проводятся конструкторско-технологические работы по созданию алмазной пилы с улучшенными характеристиками за счет эффективного использования жидкости для снятия температурного напряжения и уменьшения звукового давления в процессе ее эксплуатации.

Явление скольжения жидкости вдоль твердой стенки экспериментально было открыто еще в 1860 г. Гельмгольцем и Пиотровским. Интерес к этому делу может снова возникнуть в связи с изучением реологических свойств неньютоновских жидкостей. Таким образом, при движении жидкости дискретной структуры необходимо учитывать явление скольжения вдоль твердой стенки при условии, что число Трусделла близко к единице.

Задачи течения неньютоновских жидкостей. Этот класс задач рассматривает течение структурно-вязких жидкостей (жидкие полимеры, стекла, эмульсии и др.), вязкость которых зависит от режима течения даже при малых числах Рейнольдса. Для решения таких задач используются численные методы пограничного слоя или методы решения задач по течению в каналах с введением дополнительных соотношений для расчета реологических свойств (вязкости, пластичности, упругости и т.д.). Поскольку для решения таких задач используются уравнения, описывающие течение ньютоновских жидкостей, вся аномалия вводится формально в изменение свойств этих жидкостей. Как правило, это ведет к сильной зависимости свойств от искомых функций. Так, для высоковязких парафинистых нефтей их вязкость определяется как функция температуры среды и производной скорости. Такой характер зависимости свойств неныотоновекнх жидкостей вызывает повышение нелинейности системы уравнений, что в конечном счете ведет лишь к увеличению итераций при использовании метода прогонки.

В вискозиметре фирмы «Брукфилд Синхро-Лектрик» используется один цилиндр и измеряется сила, необходимая для вращения цилиндра в жидкости с постоянной скоростью. Изменяя скорости вращения, получают разные скорости сдвига. Прибор дает возможность измерять вязкость ньютоновских и кажущуюся вязкость неньютоновских жидкостей.

Для исследования неньютоновских жидкостей при весьма высоких скоростях сдвига был разработан ротационный вискозиметр, рассчитанный на скорости сдвига до 1 млн • сект1. Непосредственным критерием вязкости в этом вискозиметре является сила, которая необходима для вращения с постоянной скоростью цилиндра, помещенного внутри другого плотно пригнанного цилиндра [39].

Описанные выше методы оценки применимы для ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Методы оценки неньютоновских жидкостей разработаны в основном изготовителями красок, консистентных смазок и других материалов этого типа; почти все эти методы основаны на измерении крутящего момента. Следует учитывать, что жидкости для гидравлических систем

при обычных температурах, как правило, являются ньютоновскими. Лишь при пониженных температурах и при использовании в них полимерных загустителей эти жидкости приобретают свойства неньютоновских жидкостей.

сдвига уменьшается, ориентация молекул нарушается и загущающий эффект возрастает. Хотя изменения вязкости, связанные только с деформациями сдвига, обратимы и являются временными, они оказывают влияние на работу гидравлических систем, изменяя потери жидкости от утечки и величину трения. Временная потеря вязкости оценивается различными методами, рекомендованными выше для неньютоновских жидкостей.

4. Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей: Пер. с англ. М.: Мир, 1978.

чина т), определяемая в таком случае равенством т) — i/D, называется эффективной вязкостью (г\э). Чаще всего встречаются аномально-вязкие среды, кривые течения которых показаны на рис. 7 линиями 0В и ОО^Е. Линия 0В описывает поведение аномально-вязких (неньютоновских жидкостей), линия О^С — вязко-пластичных (бингамовых) тел, линия О^Е соответствует псевдопластичным телам. Для вязко-пластичных и псевдопластичных тел может существовать такое значение т = т0, которое соответствует предельному (минимальному) напряжению сдвига, под действием которого может Рис ? Типнчные к течения развиться стационарное вязкое течение. В этом случае для вязкопластичных тел функция течения имеет вид т — т

Для некоторых неньютоновских жидкостей кривые течения в двойных логарифмических координатах симметричны относительно точки перегиба. Это крайне важное обстоятельство, так как оно показывает, что для полного описания вязкостных свойств такого рода неньютоновских жидкостей одинаково важное значение имеют как наибольшая, так и наименьшая вязкости. Кроме того, отсюда же следует, что точка перегиба на кривых течения и вязкостно-скоростных кривых может определяться из соотношения lg т]„ = -^-(lg цнб + lg т]нм), где Ч(г — вязкость, отвечающая точкам перегиба этих кривых. С другой стороны это открывает возможность нахождения цнм, когда известны Л» и Л«б-