Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 16. ЛИКВИДУС ВЫШЕ 1600°

Методы определения точек ликвидуса для температур выше 1600° ограничены свойствами огнеупорных материалов, применяемых для изготовления тиглей.

Наиболее огнеупорная, а также наименее химически активная окись — окись тория. Она пригодна для применения в тиглях, предназначенных для сплавов с очень высокой температурой плавления. Тигли, набитые окисью тория, могут быть применены до 2700°. Окись магния, окись бериллия и окись циркония тоже представляют собой материалы с высокими огнеупорными свойствами, но они более химически активны и поэтому менее пригодны, чем окись тория. Окись алюминия имеет максимальную температуру службы до 1900—1950°, что является пределом, до которого можно применять оптический пирометр с исчезающей нитью, смотровой трубой из корундиза и экраном как источником излучения абсолютно черного тела. Современное производство прямых непористых смотровых труб из окиси тория значительно расширяет область применения этого метода. При более высоких температурах возможно измерение лучеиспускания непосредственно поверхности металла только оптическим пирометром или фотоэлектрическим элементом. В этом случае поверхность металла не удовлетворяет условиям излучения абсолютно черного тела, и поэтому такой метод можно применять только в том случае, если известны данные об эмиссионной способности металла и если для градуировки имеются в распоряжении металлы с известной точкой плавления и эмиссионной способностью, близкой к исследуемому сплаву. Однако точность такого метода не очень высока. Подробности мы рассматриваем ниже при описании метода Мюллера. Вольфрам-ирридиевые, вольфрам-молибденовые и различные другие термопары могут быть применены для измерения высоких температур; однако эти термопары нельзя считать удовлетворительными ввиду трудности получения повторимых результатов (см. ниже).

При высоких температурах для термического анализа обычно используются высокочастотные индукционные печи, хотя могут быть применены также печи сопротивления с молибденовой или вольфрамовой обмоткой или печи с угольными нагревательными элементами. Обычные типы печей сопротивления не могут быть использованы при работе в вакууме, так как в настоящее время невозможно получить вакуумные

трубы, которые были бы не проницаемыми для газов при таких высоких температурах. Метод, при котором металл нагревается непосредственным пропусканием электрического тока, может применяться только для установления температуры солидуса, но для ликвидуса он непригоден. Хотя в нескольких работах по определению точек затвердевания чистого металла применялся оптический пирометр с исчезающей нитью, применение такого прибора для построения кривых охлаждения в системах сплавов было очень ограничено.

Рис. 96. (см. скан) Установка для термического анализа с применением оптического пирометра: 1 — кварцевая труба; 2 — наружная втулка; 3 — молибденовый нагреватель; 4 — исследуемый сплав; 5 — верх смотровой трубы; 6 — смотровая труба; 7 — латунная головка; 8 — прнэма (Эдкок)

В работе Дженкинса и Гэйлера [69] были впервые изучены методы достижения условий абсолютно черного тела и снятия кривых охлаждения. Одним из первых успешных применений этого метода была работа Эдкока по построению диаграммы равновесия хром — железо [34]. На рис. 96 показана установка Эдкока, которая состоит, по существу, из корундизовой смотровой трубы, погружаемой в расплав, находящийся в корундизовом тигле. Сплав нагревается с помощью концентрического молибденового цилиндра, который создает равномерное распределение температуры и нагревается индуктивно токами высокой частоты. Корундизовая смотровая труба соединена с кварцевой, вставленной в короткую металлическую трубу, присоединенную к головке печи. Кривые охлаждения снимаются в вакууме, но так как смотровая труба оказывается не вполне газонепроницаемой, через нее пропускают небольшой поток аргона, чтобы ограничить проникновение металлических паров. Глубина погружения прубы около 2 см. Экраны не применялись, но тем не менее считалось, что условия абсолютно черного тела выполнены.

В лаборатории автора была сконструирована установка с оптическим пирометром для снятия кривых охлаждения, основанная на ранних работах Эдкока, Гэйлера и др. Эта установка Описана в работе [92] по исследованию системы хром-марганец.

Сплавы плавились в атмосфере чистого аргона. В установке, показанной на рис. 97, смотровая труба из корундиза 4 (длина 190 мм, внутренний диаметр 4 мм) имеет перегородку 14 из корундиза с высверленным маленьким отверстием, которое создает условия излучения абсолютно черного тела от дна трубы. Смотровая труба жестко крепится к латунной, ввинченной в верхнюю вакуумную головку. Излучение из смотровой трубы отражается призмой полного внутреннего отражения в телескоп оптического пирометра.

Слитки весом 100 г, предварительно выплавленные в индукционной печи, просверливают по центру, и в это отверстие вставляют смотровую трубу. Установка медленно нагревается и дегазируется диффузионным насосом, соединенным с механическим насосом. Это предотвращает загрязнение сплава газами, выделяемыми горячими огнеупорными материалами. При температурах около 1000° в установку впускают очищенный водород или аргон, чтобы предупредить сильное испарение металла. На определенном расстоянии от призмы помещают телескоп оптического пирометра; пирометр устанавливают так, чтобы раскаленная нить была видна поперек изображения отверстия в перегородке смотровой трубы. Температуру измеряют, сопоставляя интенсивность излучения абсолютно черного тела с известной интенсивностью измерения нити накаливания, о которой судят по величине тока, проходящего через нить. Теория и работа оптического пирометра с исчезающей нитью накаливания рассматривались выше.

Для уменьшения разброса показаний при измерении температуры оптическим пирометром применяют очень маленькую скорость охлаждения; лучшие результаты были получены при скорости охлаждения порядка 6—8 град/мин. Абсолютная точность пирометра этого типа по данным Национальной физической лаборатории в интервале 1500—1900° составляет Некоторые исследователи указывают более высокую степень точности, но при высоких температурах очень трудно устранить или оценить получаемую погрешность. Эта трудность усиливается такими факторами, как поглощение излучения металлическими или другими парами в более холодной части смотровой трубы. В качестве дополнительной предосторожности смотровая труба применяется только один раз; в связи с этим не делают никаких приготовлений для удаления ее из расплава при завершении термического анализа.

Мюллер [74] описал метод, применяемый для определения точек ликвидуса платиновых сплавов до 2400°, при котором

Рис. 97, (см. скан) а — оксфордская установка для снятия кривых охлаждения с применением оптического пирометра; б - конструкция установки для использования термопары: 1 — водоохлаждаемые латунные фланцы; 2 — латунная труба; -кварцевая труба; 4 — смотровая труба из коруиднза или окиси тория; 5 — водоохлаждаемая катушка индукционной печи; корундизовые колпаки; -рас-плав; 8 — огнеупорные подставки; 9— апнезоновая замазка; -призма полного внутреннего отражения; 11 — стык труб на апиезоновой замазке; 12 — труба для подвода водорода или аргона; 13 — детали зажнма, поддерживающего огнеупорную грубу 4; 14 — корундизовая пробка; 15 — впуск охлаждающей воды; 16 — выпуск охлаждающей воды; 17 — корундизовый чехол термопары; -радиацнонный экран; 19 — вакуумный подвод

излучение определенной частоты от поверхности металла измеряется фотоэлектрическим элементом. Металл расплавляется в тигле, и его требуется меньшее количество, чем при работе описанным выше методом. Излучение, регистрируемое фотоэлектрическим элементом, исходит не от абсолютно черного тела, и температуры могут быть определены только в том случае, если для тарирования может быть использован металл с точно известной точкой плавления и такой же излучателъной способностью, как исследуемый сплав. Ошибки также возникают по следующим причинам: а) если металл-эталон или сплавы обнаруживают избирательную излучательную способность в интервале длин волн, поглощаемых фильтром; также возможно, что фильтр поглощает длины волн в интервале избирательной способности фотоэлемента; б) вследствие зависимости излучательной способности металла эталона или сплава от температуры; в) в результате присутствия на поверхности расплавленного металла окислов или других шлаков, которые

увеличивают его излучательную способность. Поэтому требуется большая осторожность при использовании такого метода. Однако Мюллер считает, что метод можно применять с достаточной уверенностью для металлов группы платины при условии, что для градуировки применяются чистые металлы этой группы.

Сплав плавится в тигле индукционной печи в вакууме или под водородом в зависимости от химических свойств его составляющих. Часть излучения от поверхности металла передается зеркалом через цветной фильтр, линзу и диафрагму к светочувствительной поверхности фотоэлектрического элемента. Кривые охлаждения вычерчиваются по данным измерения тока насыщения при охлаждении расплава. Точке ликвидус соответствует перегиб на кривой «ток насыщения — время»; с помощью описанной выше градуировки вычисляют температуру термической остановки.

Мюллер отмечает, что этот метод нельзя применять для определения солидуса и что точки, получаемые на кривой нагрева или в конце кривой охлаждения, не должны учитываться.

Определение ликвидуса до 2400° в системе уран—вольфрам и до 2000° в системе уран—тантал описано Шраммом, Гордоном и Кауфманом [41]. В первом случае уран расплавляли в вольфрамовом тигле и выдерживали при определенной температуре в течение времени, достаточного для того, чтобы обеспечить равновесное растворение вольфрама в уране. Расплавление проводилось в индукционной печи, показанной на рис. 50. После того как металл застывал, тигель отделяли от полученного таким образом образца сплава и поверхность образца зачищали. Затем слиток подвергали химическому анализу для установления состава ликвидуса при данной температуре.

В системе уран—тантал нельзя было применить описанный метод, так как танталовый тигель быстро разъедается ураном. Поэтому уран расплавляли в бериллиевом тигле при температурах до 1800°, танталовый пруток помещали в расплавленный уран и удаляли, прежде чем уран начинал затвердевать. Выше 1800° происходила реакция между тиглем и ураном, поэтому дальше проводить опыт было невозможно; однако поместив танталовый тигель внутри вольфрамового, удалось произвести измерения при 2000°.

В этих системах уран практически не растворим ни в твердом вольфраме, ни в тантале. Приведенный метод является одним из вариантов методов, описанных в следующей главе.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление