Вязкость металлов и сплавов

Вязкость металлов и сплавов

ВЯЗКОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ характеризует внутреннее трение между частицами металлов и металлических сплавов в жидком состоянии и пластические их свойства в твердом состоянии. Кроме того, пластические свойства металлов отчасти характеризуются относительным удлинением и поперечным сжатием, определяемыми при испытании на растяжение. При обыкновенной температуре вязкость металла может характеризоваться двумя величинами: 1) скоростью установившегося истечения металла в единицу времени при постоянном давлении и прочих равных условиях (Треска); 2) величиной давления, соответствующей установившемуся истечению, при постоянной скорости деформации (истечения). Н. С. Курниковым и С. Ф. Жемчужным получены (1913 г.) следующие величины для давления истечения (при постоянной скорости истечения твердой струи в 0,00037 см/сек разных металлов в кг/мм2 поверхности поршня при температуре 15—20°, диаметре поршня в давящем приборе D = 8,66 мм и диаметре выпускного отверстия d = 2,86 мм): калий 0,22, натрий 0,28, литий 1,7, таллий 5,8, свинец 8,8, олово 10,5, висмут 21,0, кадмий 31, цинк 75.

Величина давления истечения колеблется в широких пределах в зависимости от размеров D и d, а также от способа кристаллизации и предварительной термической и механической обработки вещества. Этими же учеными для разных металлов установлено соотношение между давлением истечения и твердостью по Бринеллю: оно колеблется между 2,05 и 2,57 и лишь для свинца может доходить до 3,2. Определением вязкости металлов при высоких температурах впервые занялся Шевнар (Chevenard, 1919 г.). Он предложил характеризовать вязкость металлов скоростью удлинения в единицу времени:

Вязкость металлов

где l0 и I - первоначальная и конечная длина, t - температура, v - скорость удлинения. За предел вязкости металла при этом принимается та предельная нагрузка в кг/мм2, при которой еще не получается удлинения по причине одной только вязкости металла (не считая удлинения под влиянием температуры и быстрого удлинения в момент приложения усилия). Для определения вязкости металлов при высоких температурах предложено два типа приборов (вискозиметров): Курно-Сазагава и Обергоффера-Виммера; оба прибора предложены в 1925 году; испытание в них производится в струе азота. В приборе Курно-Сазагава определенный груз, покоящийся на водяной подушке (противодавлением воды компенсируются увеличения усилия на единицу площади поперечного сечения испытуемой проволоки вследствие уменьшения сечения проволоки при ее растяжении), растягивает испытуемую проволоку при разных температурах, причем определяется предел вязкости металла проволоки при каждой данной температуре. Упомянутые авторы и Мацедо Саарес Сильва получили сведенные в табл. 1 значения для предела вязкости металлов, выраженные в кг/мм2 (работы 1925 и 1928 гг.).

Предел вязкости металлов при высоких температурах

Курно и Мацедо Саарес Сильва в 1928 году подвергли испытанию проволоки из алюминия, дюралюминия и альпаки со следующими результатами (см. табл. 2).

Предел вязкости алюминия. дюралюминия и альпаки при нормальных и высоких температурах

Прибор Обергоффера-Виммера служит для определения вязкости металлов в жидком состоянии. Главная часть прибора - маятник (из огнеупорного материала, длиной в 50 мм и диаметром в 10 мм), опущенный на 20 мм в жидкий металл или сплав, приводится в колебательное движение; по убыванию колебаний судят о вязкости металла при температуре испытания. Измерение отклонений маятника производится посредством зеркальца, подвешенного, как и маятник, на тонких платиновых проволоках. Подсчет абсолютного значения вязкости металла производится по формуле:

λ—λ0 = с1δη+с2η+c3δη,

где λ0 и λ - логарифмические декременты колебательного движения в воздухе и испытуемом жидком металле или сплаве, δ - удельный вес испытуемого жидкого металла или сплава, η - вязкость, с1, с2, с3 - константы прибора, определяемые путем производства «холостых» опытов с жидкостью, обладающей известной вязкостью. Обергоффер и Виммер установили влияние разных элементов на вязкость железо-углеродных сплавов, влияние температуры на вязкость чистых железо-углеродных сплавов и исследовали вязкость ряда применяемых на практике бессемеровских и томасовских чугунов; им удалось установить, что фосфор увеличивает вязкость чугуна, но снижает критические точки начала образования твердых растворов; одновременное возрастание содержания серы и марганца увеличивает вязкость сплавов; кремний, по-видимому, повышает вязкость и температуру начала затвердевания сплавов. Далее этими авторами вычислены, по экспериментальным данным, изменения логарифмического декремента с возрастанием содержания разных примесей для чугунов, при содержании углерода в 2,8% (логарифмический декремент 0,0135):

Вязкость металлов

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.