С.Л. Тимченко
8
При фазовом переходе происходит образование поверхности раз-
дела, поэтому
2 ,
G
r
(8)
где σ — коэффициент поверхностного натяжения;
r
— критический
радиус зародыша кристаллизации.
Приравнивая выражения (7) и (8), получаем формулу для крити-
ческого зародыша в условиях равновесной кристаллизации:
2
.
E
E LS
T
r
L W T
(9)
Разность объемной плотности электрической энергии жидкой и
твердой фаз можно определить в виде
2
2
0
0
,
2
2
L
S
E LS
E
E
W
где ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды
0
= 8,85
10
–12
Ф/м;
Е
L
,
E
S
— напряженности электрического поля
в жидкой и твердой фазах.
Из выражения (9) следует, что при действии тока критический
радиус зародыша будет уменьшаться, что обеспечивает получение
мелкозернистой структуры металла с высоким уровнем механиче-
ских свойств.
Следовательно, управление процессом зародышеобразования,
повышение его интенсивности возможно не только за счет регулиро-
вания температурного режима процесса, обеспечивающего необхо-
димую степень переохлаждения сплава [1], но и за счет энергии элек-
трического поля тока. Увеличение притока теплоты изнутри за счет
теплоты Джоуля — Ленца позволяет стабилизировать во времени и
в объеме состояние зародышей кристаллизации.
Рассмотрим состояние устойчивого ро-
ста изотропного дендрита. Пусть конец
дендрита, имеющий форму полусферы ра-
диусом
r
с температурой
Т
d
, находится в
расплаве с температурой
Т
р
(рис. 5). Отвод
теплоты от полусферы в расплав будет
осуществляться через ее поверхность [1]:
2
,
р d
Q rk T T
t
(10)
где
k
— коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
К).
Считая, что теплота выделяется из кристаллизующегося расплава,
p
Рис. 5.
Схема роста денд-
рита
