يکي از مسائل جالب در انجماد فلزات تعيين تغييرات ضخامت قشر منجمد شده در حين انجماد با زمان مي باشد. از موارد پر اهميت اين مساله وقتي است که فصل مشترک جامد و مذاب در طول مدت انجماد مستوي بماند و اين حالت عملا تنها در شرايط ريخته گري فلزات خالص يا الياژهاي يوتکتيک پيش مي ايد به عبارت ديگر تنها وقتي که برد انجماد صفر باشد فصل مشترک جامد و مايع مستوي خواهد ماند در ساير الياژها فصل مشترک تقريبا هميشه دندريتي يا سلولي دندريتي مي باشد.
در عمل توجيه محاسبات انتقال حرارت به ان سادگي که گاهي اوقات فرض مي شود نمي باشد .
به عبارت ديگر مقايسه نتايج تجربي با تئوري ساده نيست زيرا همانگونه که Ruddle اشاره کرده است اکثر بررسي هاي تجربي بر اساس روش خالي کردن صورت گرفته است.
بدين ترتيب اگر فلز مذاب بين شاخه هاي دندريتي به دام بيافتد انجماد بيشتر و اگر کريستالهاي مستقل شناور در داخل مذاب وجود داشته باشد انجماد کمتر از واقع نشان داده خواهد شد.
يک روش ازمايش رضايت بخش عبارت است از اندازه گيري درجه حرارت در زمانهاي مختلف و رسم منحني هاي درجه حرارت- زمان براي نقاط مختلف در داخل فلزي که منجمد مي شود.
اين روش اغلب اطلاعات تجربي مفيدي را در زمينه سرعت انجماد فلز در يک قالب بدست مي دهد.
در زير چند روش ممکن براي اندازه گيري سرعت انجماد ذکر و شرح داده مي شود:
1- اندازه گيري درجه حرارت به کمک ترموکوپل : با نصب ترموکوپل در فواصل مختلف از ديواره قالب مي توان منحني هاي سرد شدن مختلف را رسم و لحظه رسيدن نوک ترموکوپل به درجه حرارت انجماد را مشخص نمود. هرچه تعداد ترموکوپل ها بيشتر باشد ازمايش دقيق تر است.
2- روش خالي کردن : مي توان قالب در حال انجماد را در زمانهاي مختلف خالي نمود بگونه اي که پوسته منجمد شده ضخامت ديواره انجماد را نشان دهد اندازه گيري اين ضخامت در لحظات مختلف، سرعت پيشروي جبهه انجماد را معين خواهد نمود.
3- استفاده از فلز محلول : با کمک عناصري که در مذاب حل مي گردند براي مثال روي در مذاب الومينيوم مي توان در لحظات مختلف پس از شروع به پيشروي جبهه انجماد به مذاب باقي مانده روي اضافه نمود. روي اضافه شده در مذاب الومينيوم حل مي گردد، و با سرد شدن قالب نمونه به دو رنگ مختلف منجمد مي گردد در خاتمه ازمايش با مقطع زدن نمونه و اچ کردن، بخش مياني که حاوي روي است کاملا متمايز از لايه بيروني قابل رويت است در دو روش اخير براي مشخص نمودن ضخامت منجمد شده در هر لحظه يک نمونه مستقل لازم است.
4- استفاده از فلز نامحلول : در صورت وارد نمودن فلز نامحلول در مذاب مي توان در لحظه افزودن مقطع منجمد شده را مشخص نمود به عنوان مثال در صورت افزودن سرب به مذاب الومينيوم اين فلز به دليل سنگين تر بودن از مذاب بدون انکه در ان حل گردد به پايين سقوط کرده، بر روي جبهه انجماد تحتاني پخش مي شود.در صورت ادامه انجماد اگر در لحظه ديگر مجددا سرب به مذاب افزوده شود، براي بار دوم لحظه شکل گيري جبهه انجماد با لايه اي از سرب مشخص مي گردد در اين ازمايش فقط يک قالب جهت ملاحظه لحظات مختلف کافي است.
5- راديو گرافي به کمک اشعه ايکس : مشابه روش ازمايشهاي غير محرب از انجايي که سرعت عبور اشعه ايکس در جامدات و مايعات متفاوت است مي توان با قرار دادن فيلم در پشت قالب و عبور اشعه ايکس از نمونه، منطقه مذاب و ضخامت منجمد شده را در لحظات مختلف ثبت نمود در صورت استفاده از مانيتور به جاي فيلم، ضخامت منجمد شده را در لحظات مختلف مي توان مشاهده نمود.
در عمل توجيه محاسبات انتقال حرارت به ان سادگي که گاهي اوقات فرض مي شود نمي باشد .
به عبارت ديگر مقايسه نتايج تجربي با تئوري ساده نيست زيرا همانگونه که Ruddle اشاره کرده است اکثر بررسي هاي تجربي بر اساس روش خالي کردن صورت گرفته است.
بدين ترتيب اگر فلز مذاب بين شاخه هاي دندريتي به دام بيافتد انجماد بيشتر و اگر کريستالهاي مستقل شناور در داخل مذاب وجود داشته باشد انجماد کمتر از واقع نشان داده خواهد شد.
يک روش ازمايش رضايت بخش عبارت است از اندازه گيري درجه حرارت در زمانهاي مختلف و رسم منحني هاي درجه حرارت- زمان براي نقاط مختلف در داخل فلزي که منجمد مي شود.
اين روش اغلب اطلاعات تجربي مفيدي را در زمينه سرعت انجماد فلز در يک قالب بدست مي دهد.
در زير چند روش ممکن براي اندازه گيري سرعت انجماد ذکر و شرح داده مي شود:
1- اندازه گيري درجه حرارت به کمک ترموکوپل : با نصب ترموکوپل در فواصل مختلف از ديواره قالب مي توان منحني هاي سرد شدن مختلف را رسم و لحظه رسيدن نوک ترموکوپل به درجه حرارت انجماد را مشخص نمود. هرچه تعداد ترموکوپل ها بيشتر باشد ازمايش دقيق تر است.
2- روش خالي کردن : مي توان قالب در حال انجماد را در زمانهاي مختلف خالي نمود بگونه اي که پوسته منجمد شده ضخامت ديواره انجماد را نشان دهد اندازه گيري اين ضخامت در لحظات مختلف، سرعت پيشروي جبهه انجماد را معين خواهد نمود.
3- استفاده از فلز محلول : با کمک عناصري که در مذاب حل مي گردند براي مثال روي در مذاب الومينيوم مي توان در لحظات مختلف پس از شروع به پيشروي جبهه انجماد به مذاب باقي مانده روي اضافه نمود. روي اضافه شده در مذاب الومينيوم حل مي گردد، و با سرد شدن قالب نمونه به دو رنگ مختلف منجمد مي گردد در خاتمه ازمايش با مقطع زدن نمونه و اچ کردن، بخش مياني که حاوي روي است کاملا متمايز از لايه بيروني قابل رويت است در دو روش اخير براي مشخص نمودن ضخامت منجمد شده در هر لحظه يک نمونه مستقل لازم است.
4- استفاده از فلز نامحلول : در صورت وارد نمودن فلز نامحلول در مذاب مي توان در لحظه افزودن مقطع منجمد شده را مشخص نمود به عنوان مثال در صورت افزودن سرب به مذاب الومينيوم اين فلز به دليل سنگين تر بودن از مذاب بدون انکه در ان حل گردد به پايين سقوط کرده، بر روي جبهه انجماد تحتاني پخش مي شود.در صورت ادامه انجماد اگر در لحظه ديگر مجددا سرب به مذاب افزوده شود، براي بار دوم لحظه شکل گيري جبهه انجماد با لايه اي از سرب مشخص مي گردد در اين ازمايش فقط يک قالب جهت ملاحظه لحظات مختلف کافي است.
5- راديو گرافي به کمک اشعه ايکس : مشابه روش ازمايشهاي غير محرب از انجايي که سرعت عبور اشعه ايکس در جامدات و مايعات متفاوت است مي توان با قرار دادن فيلم در پشت قالب و عبور اشعه ايکس از نمونه، منطقه مذاب و ضخامت منجمد شده را در لحظات مختلف ثبت نمود در صورت استفاده از مانيتور به جاي فيلم، ضخامت منجمد شده را در لحظات مختلف مي توان مشاهده نمود.
آخرین ویرایش:
