Influence of the Specific Heat Capacity, Thermal Conductivity Coefficient, Density and Cooling Rate on Formation of Crystallization Centers in Metallic Melts

Abstract

Досліджено вплив фізичних параметрів (питомої теплоємності, коефіцієнта теплопровідності, щільності, питомої теплоти кристалізації) та їх взаємодії на утворення центрів кристалізації при гомогенній кристалізації металів за різних швидкостей охолодження. Моделювання та розрахунки здійснювали для чистих металів: Ag, Al, Au, Bi, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn. Зазначені показники отримували для кожного металу окремо за умов десяти різних швидкостей охолодження. Ступінь впливу кожного з фізичних параметрів та їх спільний вплив на кількість центрів кристалізації металів визначали, розраховуючи парний коефіцієнт кореляції. Імітаційна модель теоретичного розрахунку кількості центрів кристалізації за допомогою комп'ютерного експерименту дозволила встановити функціональну залежність між швидкістю охолодження і кількістю цих самих центрів кристалізації, що утворилися. Встановлено визначальний вплив питомої теплоємкості та щільності металів на число центрів кристалізації. У свою чергу, відзначається незначний вплив показника теплопровідності на число центрів кристалізації. Однак це кореляція при невисоких швидкостях охолодження має змінне значення. Вплив теплоти кристалізації на формування центрів кристалізації не є значущим. Отримані значення проаналізовані для кожного металу окремо і крім того, проведена порівняльна оцінка одних і тих самих показників, характерних для різних досліджуваних металів, між собою.

The influence of physical parameters (specific heat capacity, thermal conductivity coefficient, density, specific heat of crystallization) and their interactions on the formation of crystallization centers during homogeneous crystallization of metals at different cooling rates has been studied. Modeling and calculations were carried out for pure metals: Ag, Al, Au, Bi, Cu, Ni, Pb, Sn, and Zn. The indicators were obtained for each metal separately under ten different cooling rate conditions. The degree of influence of each physical parameter and their joint impact on the number of formed metal crystallization centers was determined by calculating the pair correlation coefficient. A simulation model for theoretically calculating the number of formed crystallization centers using a computer experiment made it possible to establish a functional relationship between the cooling rate and the number of formed crystallization centers. The determining influence of the specific heat capacity and density of metals on the number of crystallization centers has been established. In turn, there is a slight influence of the thermal conductivity index on the number of crystallization centers. However, this correlation has a variable value at low cooling rates. The effect of the heat of crystallization on the formation of crystallization centers is insignificant. The obtained values were analyzed for each metal separately, and, in addition, a comparative assessment of the same indicators characteristic of different metals under study was carried out among themselves.