Первичная кристаллизация

или прерывистым сгоранием топлива. ГТД применяются в авиации (турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель, турбореактивный двигатель), в водном транспорте (как силовые установки судов), в разл. отраслях пром-сти (в качестве тяговых двигателей, для привода компрессоров, электрогенераторов) и т.д. ГАЗОТУРБОВОЗ - локомотив, основным (первичным) двигателем к-рого служит тепловой (газотурбинный) двигатель. В схему силовой установки Г. входят газовая турбина с компрессором и камерой сгорания (ГТД), по-

темп-ры: у = (1 / V) (А VIЬ.Т)р, где V-объём, Т- термодинамич. темп-ра, р - давление. Для большинства тел у>0 (исключением является, напр., вода, у к-рой в интервале темп-р от О °С до 4 °С у < 0). Для идеального га-за у = 1 / 7", у жидкостей и твёрдых тел зависимость у от Т значительно слабее. Для твёрдых тел наряду с у уводят температурный коэффициент линейного расширения а, равный отношению относит, изменения длины тела вдоль рассматриваемого направления при изобарич. нагревании тела к приращению темп-ры: а = (1//)(Д//ДГ)р, где I -длина тела. Для изотропных тел у = За. ТЕПЛОВОЗ - автономный локомотив, первичным двигателем к-рого является двигатель внутр. сгорания, обычно дизель. Тепловой двигатель преобразует энергию жидкого топлива в механич. энергию, к-рая через силовую передачу реализуется во вращательное движение колёсных пар. На Т. устанавливают двухтактные и четырёхтактные двигатели. На магистральных ж.д. эксплуатируются Т. с дизелями мощностью' до 3000 кВт, на путях пром. предприятий - меньшей мощности. Для передачи мощности от вала дизеля к движущим осям служит тяговая передача (механич., электрич., гидравлич., электро-гидравлич., газовая), к-рая «приспосабливает» работу дизеля к условиям работы локомотива. К осн. узлам Т. относятся также экипажная часть (кузов, автосцепка, тележки с колёсными парами и рессорным подвешиванием), работу к-рых обеспечивают вспомогат. оборудование (системы охлаждения, смазки, топливоподачи, пожаротушения и др.).

ГАЗОТУРБОВбЗ — локомотив, первичным двигателем к-рого является газовая турбина. В силовую установку Г. с электрич. передачей входят газовая турбина, компрессор, генераторы пост, тока, сопряжённые с валом турбины через редуктор, и тяговые электродвигатели (обычно по одному на каждую движущую ось локомотива). Преимущества Г. перед тепловозами: меньшая масса, приходящаяся на единицу мощности, компактность, отсутствие потребности в воде, простота конструкции; недостаток — меньший кпд.

САМОСИНХРОНИЗАЦИЯ — метод присоедини ния синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. При С. невозбуждённый генератор раскручивается первичным двигателем приблизительно до синхронной частоты, а затем его подключают к сети и возбуждают, после чего он автоматически входит в режим синхронной работы с др генераторами. По сравнению с др. методами С. обеспечивает более быстрое включение генератора на параллельную работу, но связана с кратковрем. увеличением силы тока в сети и в обмотках статора. С. применяют в крупных энергосистемах.

ЭНЕРГОПОЕЗД — передвижная электростанция, смонтиров. в ж.-д. вагонах для врем, электроснабжения потребителей, удалённых от энергосистем. Первичным двигателем Э. может быть дизель, паровая или газовая турбина (мощность 1—10 МВт и более).

Изменение нагрузки генератора может быть получено только за счет сообщения его ротору ускорения путём увеличения момента, развиваемого его первичным двигателем (дополнительный впуск пара в турбину).

уменьшении момента, передаваемого первичным двигателем валу синхронного генератора, будет уменьшаться полезная мощность, отдаваемая генератором в сеть до тех пор, пока он не станет работать вхолостую.

Эти поправки наравне с опытными коэффициентами истечения удовлетворяли турбостроительную промышленность на первом этапе ее развития. Но когда паровые турбины стали главным первичным двигателем на электростанциях и производство их сильно возросло, настоятельно потребовалось усовершенствование тепловых расчетов.

Направленный поток описывает связи между различными преобразующими устройствами, входящими в передающую систему; например, между приводным (первичным) двигателем и коробкой передач трансмиссии автомобиля, между гидронасосом и гидродвигателем, между электрогенератором и электродвигателем и т. д. При этом/связи являются идеальными, т. е. в них нет ни потери, ни подвв^^энергии.

Таким образом, в основе работы машины на режиме генератора лежит процесс преобразования подводимой к ней механической энергии привода в гидравлическую. При этом вал машины соединяют с каким-либо первичным двигателем, например электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания, который приводит его во вращение с числом оборотов п. К машине от первичного двигателя подводится мощность Nnomp.

а частота генератора регулируется изменением частоты вращения. Технически сложно обеспечить совпадение фаз. Для этого применяют особые устройства, называемые синхроноскопами. В последние годы широко применяется метод самосинхронизации или «грубой» синхронизации. В этом случае угловую скорость генератора увеличивают первичным двигателем до угловой скорости, близкой к синхронной, и без возбуждения ротора включают в сеть, подавая ток в обмотку ротора. Преимущество этого метода — простота и быстродействие. При работе синхронного генератора параллельно с другими в достаточно мощной системе его напряжение и частота не могут быть произвольно изменены; они всегда равны напряжению- и частоте системы.

без расцепителя, с первичным двигателем............ 0,25—0,3

основным металлом (границы сплавления) протекает очень быстро. По мере удаления от нее к центру ванны длительность пребывания металла в расплавленном состоянии увеличивается. Переход металла из жидкого в твердое состояние — первичная кристаллизация на границе сплавления начинается от частично оплавленных зерен основного или ранее наплавленного металла (рис. 108) в виде дендритов, растущих в направлении, обратном теплоотводу, т. е. в глубь сварочной ванны. Таким образом, возникают общие зерна. При многослойной сварке, когда кристаллизация начинается от частично оплавленных зерен предыдущего шва, возможно прорастание кристаллов из слоя в слой — образуется транскристаллитная структура.

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны имеет прерывистый характер, вызванный выделением перед фронтом кристаллизации скрытой теплоты кристаллизации. Это приводит к характерному слоистому строению шва и появлению ликвации в виде слоистой неоднородности, которая в наибольшей степени проявляется вблизи границы сплавления. Слоистая ликвация также зависит от характера и скорости кристаллизации металла сварочной ванны. Слоистая и дендритная ликвации уменьшаются при улучшении условий диффузии ликвирующих элементов в твердом металле.

Рис. 136. Часть диаграммы состояния Fe—С. Первичная кристаллизация малоуглеродистых сплавов

Часть диаграммы состояния Fe—С. Первичная кристаллизация высокоуглеродистых сплавов

Кристаллизацией эвтектики заканчивается первичная кристаллизация этого сплава. В результате первичной кристаллизации структура состоит из первичных кристаллов аустенита и ледебурита.

На диаграмме состояния железо—цементит (рис. 1.7) линия ACD — линия ликвидуса, выше нее сплав находится в жидком состоянии; линия AECF — линия солидуса, ниже нее сплав находится в твердом состоянии. При температурах, соответствующих линии AECF заканчивается первичная кристаллизация. В точке С при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика, которая носит название ледебурит. Линия PS/C — эвтектоидная линия, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации. Линия PS— линия нижних критических точек А1, Линия GSE — начало процесса вторичной кристаллизации твердого раствора. Линия GS — линия верхних критических точек Ая; она показывает температуру выделения феррита из аустенита. Линия SE — линия верхних критических точек Ат\ она показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией предельной растворимости углерода в аустените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более 2,14 % С — чугунами. Сталь, содержащая 0,8 % С, называется эвтектоидной сталью; сталь, содержащая менее 0,8 % С — доэвтектоидной. Сталь, содержащая более 0,8 96 С — заэвтектоидной.

1. Первичная кристаллизация металлов ................ 28

I. Первичная кристаллизация металлов

Первичная кристаллизация металл а (из жидкого расплава) начинается с возникновения центров кристаллизации в отдельных участках жидкости, где создались наиболее благоприятные условия для устойчивости кристаллического зародыша. Такой зародыш является началом (центром), от которого идёт рост кристалла. Столкновение между собой соседних растущих кристаллов ограничивает их дальнейший рост и является причиной неправильной внешней огранки кристаллов. Величина зерна зависит от скорости кристаллизации (числа центров, возникающих в единице объёма в единицу времени) и линейной скорости роста кристаллов. Чем больше отношение скорости кристаллизации к скорости роста, тем мельче кристаллическое строение металла. Число центров и скорость роста, а следовательно, и величина зерна зависят от степени переохлаждения металла (разности температур начала кристаллизации и плавления). С увеличением степени переохлаждения скорость зарождения центров и скорость роста вначале возрастают, а затем уменьшаются, но с различной интенсивностью. Степень переохлаждения данного сплава зависит от скорости охлаждения и ряда других причин. С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения повышается.

Полиморфная кристаллизация (1) a-железа происходит в области концентраций х< 12% (ат.) В, когда аморфное состояние крайне нестабильно и его реализация чрезвычайно затруднена. В сплаве Ре8бВ14 происходит первичная кристаллизация а-железз (2), ее скорость, как правило, пропорциональна i/1/2, а энергия активации обычно мала. С ростом концентрации бора размер образующихся в результате кристаллизации зерен a-железа обычно уменьшается. В аморфном сплаве Fe8oB2o происходит эвтектиче-ск'ая кристаллизация (3) с разделением кристаллов a-железа и Fe3B. С дальнейшим повышением концентраций бора скорость, этой реакции уменьшается. Кроме того, она ниже скорости полиморфной кристаллизации (4) аморфного сплава Fe75B25, идущей с образованием кристаллов РезВ. Скорость реакции - полиморфной кристаллизации сплава Fe75B25 крайне чувствительна к изменениям химического состава и при отклонении от указанного состава на 1% (ат.), например, в случае сплава Fe74B26, она изменяется приблизительно в 5 раз. Несмотря на это, аморфный сплав Fe75B25 является высоко стабильным. Предполагают, что скорость образования зародышей кристаллизации в нем исключительно низка.

На диаграмме состояния железо - цементит (см. рис. 1.9) линия ABCD - линия ликвидуса, выше нее сплав находится в жидком состоянии; линия AECF - линия солидуса, ниже нее сплав находится в твердом состоянии. При температурах, соответствующих линии AECF, заканчивается первичная кристаллизация. В точке С при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика, которая носит название ледебурит. Линия PSK - линия эвтектоид-ного превращения, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации. Линия PS - линия нижних критических точек А\. Линия GSE - начало процесса вторичной кристаллизации твердого раствора. Линия GS - линия верхних критических точек Аъ; она показывает температуру начала выделения феррита из аусте-нита. Линия SE - линия верхних критических точек Ап, она показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией, определяющей предельную растворимость углерода в ау-стените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более 2,14 % С -чугунами. Сталь, содержащая 0,8 % С, называется эвтектоидной сталью; сталь, содержащая менее 0,8 % С, - доэвтектоид-ной. Сталь, содержащая более 0,8 % С, -заэвтектоидной.