[科普中國(guó)]-塑性液膜論

液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個(gè)互溶的、但組成不同的溶液隔開(kāi)，并通過(guò)這層液膜的選擇性滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。1

特點(diǎn)傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑消耗量少，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的選擇性好，往往只能對(duì)某種類(lèi)型的離子或分子的分離具有選擇性，分離效果顯著。目前存在的最大缺點(diǎn)是強(qiáng)度差，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過(guò)程與設(shè)備復(fù)雜。1

理論研究表明，合金的熱裂傾向性與合金結(jié)晶末期晶體周?chē)囊后w性質(zhì)及其分布有關(guān)。鑄件冷卻到固相線(xiàn)附近時(shí)，晶體周?chē)€有少量未凝固的液體，構(gòu)成液膜。

溫度越接近固相線(xiàn)，液體數(shù)量越少，鑄件全部凝固時(shí)液膜即消失。如果鑄件收縮受到某種阻礙，變形主要集中在液膜上，晶體周?chē)囊耗け焕L(zhǎng)，當(dāng)應(yīng)力足夠大時(shí)，液膜開(kāi)裂，形成晶間裂紋。

因此，液膜理淪認(rèn)為，熱裂紋的形成是由于鑄件在凝固末期品間存在液膜和鑄件在凝固過(guò)程中受拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。液膜是產(chǎn)生熱裂紋的根本原因，而鑄件收縮受阻是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件，但在鑄件凝固過(guò)程中，為什么在“液膜期”合金產(chǎn)生熱裂的可能性最大，則需進(jìn)一步說(shuō)明。為便于討論，將其結(jié)晶過(guò)程分成以下幾個(gè)階段：

第I階段：合金處于液態(tài)，可以任意流動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生熱裂。

第Ⅱ階段：合金的溫度已降到液相線(xiàn)以下，析出固相，初期固相枝晶懸浮在液體中，未連成骨架，固相能同液體一起自由流動(dòng)，合金仍具有很好的流動(dòng)能力，也不產(chǎn)生熱裂紋，隨著溫度下降，固相不斷增加，相鄰晶粒之問(wèn)開(kāi)始接觸，但液體在晶粒之間仍可以自由流動(dòng)，若此時(shí)有拉應(yīng)力存在，一旦產(chǎn)生裂紋，裂紋能被液體充填而愈合。

第Ⅲ階段：合金冷卻到液相線(xiàn)以下某溫度后，枝晶彼此接觸，連成骨架，并不斷擠在一起，晶間存在液相但很少，液體的流動(dòng)發(fā)生困難。由于晶問(wèn)結(jié)合力很弱，在拉應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生晶間裂紋，裂紋一旦產(chǎn)生又很難被液態(tài)金屬?gòu)浐?，因此，在該階段產(chǎn)生熱裂的幾率最大。此時(shí)合金處于固液態(tài)。

第Ⅳ階段：合金處于固態(tài)，在固相線(xiàn)附近合金的塑性好，在應(yīng)力作用下，很容易發(fā)生塑性變形，形成裂紋的幾率很小。2

原因產(chǎn)生液膜理論認(rèn)為，熱裂的形成是由于鑄件在凝固末期晶間存在液膜和鑄件在凝固過(guò)程中受到拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。如果鑄件收縮受到阻礙，拉應(yīng)力和變形主要集中在液膜上，使液膜被拉長(zhǎng)。當(dāng)應(yīng)力足夠大時(shí)，液膜開(kāi)裂形成晶間裂紋，或稱(chēng)為熱裂。可見(jiàn)，液膜的存在是產(chǎn)生熱裂的根本原因，鑄件收縮受阻是熱裂形成的必要條件。凡是降低晶間液膜表面張力的表面活性物質(zhì)皆使合金的抗裂性下降。鋼中的硫、磷為表面活性元素，在一定范圍內(nèi)隨其含量增加，鋼的抗裂性下降。

影響熱裂形成的主要因素是合金性質(zhì)和鑄型阻力。防止熱裂的措施有：

①選擇結(jié)晶溫度范圍窄，熱裂收縮小的合金生產(chǎn)鑄件，因?yàn)槠錈崃褍A向小。在常用合金中，灰口鑄鐵和球墨鑄鐵熱裂傾向小，而鑄鋼、鑄鋁、可鍛鑄鐵(白口鑄鐵)的熱裂傾向較大。

②減少鑄造合金中的有害雜質(zhì)以提高其高溫強(qiáng)度。鋼鐵中的磷、硫，因可形成低熔點(diǎn)的共晶體，擴(kuò)大了結(jié)晶溫度范圍，使熱裂傾向增大，故應(yīng)盡量減少其含量。

③改善鑄型和型芯的退讓性。鑄型的退讓性與造型材料中黏結(jié)劑種類(lèi)密切相關(guān)。退讓性越好，機(jī)械應(yīng)力越小，形成熱裂的可能性也越小。當(dāng)采用有機(jī)黏結(jié)劑(如植物油、合成樹(shù)脂、糊精等)配置型砂或芯砂時(shí)，因高溫強(qiáng)度低，其退讓性好。為提高黏土砂的退讓性，可在混合料中摻人少量鋸木屑。

④盡可能避免澆口、冒口對(duì)鑄件收縮的阻礙，如內(nèi)澆口的布置應(yīng)符合同時(shí)凝固原則。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)