Cỏc tớnh chất vật lý, cơ tớnh và độ dày mỏng của băng vật liệu sau khi chế tạo phụ thuộc vào tốc độ chảy của hợp kim núng chảy và tốc độ làm nguội của hợp kim sau khi ra khỏi miệng vũi phun. Tốc độ làm nguội lại phụ thuộc vào vận tốc quay của trống đồng. Tốc độ chảy của hợp kim núng chảy phụ thuộc vào kớch thước vũi phun, độ chảy nhớt và ỏp suất khớ nộn.
Với cỏc hợp kim cú thành phần khỏc nhau, tốc độ làm nguội cũn phụ thuộc vào tớnh chất của từng hợp kim (độ dẫn nhiệt, nhiệt dung, độ sệt, mật độ). Bờn cạnh đú tốc độ làm nguội cũn phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt giữa hợp kim núng chảy và bề mặt của vật làm nguội (trống trong phương phỏp nguội nhanh đơn trục).
Khi hợp kim núng chảy qua miệng vũi phun cú nhiệt độ T1 tiếp xỳc với mặt trống đồng cú nhiệt độ To, quỏ trỡnh truyền nhiệt giữa lớp hợp kim núng chảy bề dày b với mặt trống đồng phụ thuộc vào độ lớn của hệ số truyền nhiệt h. Quỏ trỡnh truyền nhiệt giữa hợp kim núng chảy và mặt trống đồng cú thể xảy ra ở một trong
ba trường hợp sau.
Trường hợp truyền nhiệt lý tưởng: Khi hợp kim núng chảy và mặt trống đồng tiếp xỳc lý tưởng, cản trở truyền nhiệt ở biờn giữa chỳng khụng tồn tại và h = ∞.
Trường hợp truyền nhiệt chậm: Giữa hợp kim núng chảy và trống đồng cú sự cản trở truyền nhiệt đặc lớn làm hợp kim núng chảy khụng thể toả nhiệt được h = 0.
Trường hợp trung gian: Quỏ trỡnh truyền nhiệt xảy ra với: 0 < h < ∞. Trong thực tế chỉ tồn tại quỏ trỡnh truyền nhiệt trung gian. Nếu gọi:
- R: Tốc độ làm nguội. - Cp: Nhiệt dung riờng.
- : Khối lượng riờng của hợp kim núng chảy. - b: Bề dày của hợp kim núng chảy.
Thỡ: R = h(T1 - To)/ Cp..b (1.17)
Nếu hợp kim núng chảy cú thành phần khụng đổi thỡ (T1 - To) khụng thay đổi, khi đú, tốc độ làm nguội tỷ lệ thuận với h và tỷ lệ nghịch với b.
T1 h = ∞ T1 h = 0 T1 0 < h < ∞
To To To
t t t
Hỡnh 1.17 Quỏ trỡnh truyền nhiệt.
Truyền nhiệt trung gian Truyền nhiệt lý tưởng Truyền nhiệt chậm
Cỏc quỏ trỡnh truyền nhiệt và lan truyền nhiệt mặt đụng cứng cỏc lớp kim loại cú quan hệ mật thiết với nhau. Trong đú cũng cú thể xảy ra hai trường hợp:
1. Trường hợp truyền nhiệt chiếm ưu thế nhiệt toả ra nhanh hơn chuyển động của hợp kim núng chảy. Mặt đụng cứng của lớp hợp kim ở phớa trờn mặt trống.
2. Trường hợp truyền mụmen động lượng chiếm ưu thế hợp kim núng chảy chuyển động nhanh hơn vận tốc của quỏ trỡnh truyền nhiệt và mặt đụng cứng nằm tiếp xỳc với mặt trống.
Để chế tạo cỏc hợp kim vụ định hỡnh, cho đến nay phương phỏp thụng dụng nhất vẫn là làm đụng cứng cấu trỳc chất lỏng (hợp kim lỏng) với tốc độ nguội nhanh. Khi làm lạnh hợp kim trong một thời gian dài, sao cho trạng thỏi cõn bằng nhiệt động được xỏc lập, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ở nhiệt độ kết tinh Tm.
Với ở tốc độ làm nguội nhanh, chất lỏng khụng thể kết tinh ngay cả khi ở nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh T < Tm. ở trạng thỏi này chất lỏng được gọi là chất lỏng quỏ nguội. Nếu tốc độ làm nguội đủ lớn thỡ chất lỏng khụng thể kết tinh, khi đú cấu trỳc của chất lỏng giữ nguyờn. Tuy nhiờn, nhiệt độ giảm làm cho độ chảy
giảm. Nếu đạt giỏ trị 10-12, chất lỏng quỏ nguội bị đụng cứng dưới dạng thuỷ tinh. Khi đú trạng thỏi của hợp kim được gọi là trạng thỏi thuỷ tinh hay trạng thỏi vụ định hỡnh - trạng thỏi ứng với cấu trỳc giả bền và khụng cõn bằng nhiệt động. Khi kết tinh, thể tớch riờng bị thay đổi đột biến trong khi thuỷ tinh húa thể tớch riờng khụng thay đổi đột biến mà thay đổi từ từ.