ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вибрационная обработка металлов и сплавов из "Специальные способы литья " Динамика вибрационного воздействия на жидкий металл. Если принять, что несжимаемая жидкость в вертикально расположенной трубе с жесткими стенками и дном подвергается прямолинейному гармоническому колебанию (рис. 34), то скорость и ускорение каждой точки среды могут быть рассчитаны с использованием зависимостей из теории колебания. [c.36] Скорость точки имеет наибольшее значение, когда проходит положение равновесия (на оси х), и обращается в нуль, когда достигает наибольшего отклонения (см. рис. 34). [c.36] Если учесть, что сила тяжести Рд = = mg = 1 9,8 10 Н, то под воздействием вибраций давление на затвердевающую в сосуде жидкую сталь возрастет в 20 раз. [c.36] Ускорение при гармоническом колебании пропорционально смещению X и направлено к одной и той же точке — среднему положению. [c.36] Большой практический интерес представляет механизм движения в жидких едах, подвергающихся вибрации. Явление локализации частиц в колеблющихся средах может быть использовано при решении задач вибрационной технологии по удалению неметаллических включений и газов из расплавленных металлов. Динамические йоздействия жидкой среды на ветви растущих дендритов при кристаллизации сплавов и формирование кристаллических структур имеют большое значение при создании новых принципов литья. [c.37] Движение твердых и газообразных частиц в неподвижной среде при малых числах Рейнольдса изучалось Стоксом, Осееком и другими исследователями. Вопросы, связанные с движением частиц в подвижной сплошной среде, подвергающейся вибрационному воздействию, рассмотрены в работе [6]. [c.37] Движение твердых частиц в жидкой вибрируемой среде происходит в соответствии с параметрами той или иной волны. В случае распространения, например, стоячей волны в цилиндрической трубе частицы мигрируют либо в узлы, либо в выпуклые части волн в зависимости от соотношения плотностей среды и частиц и их диаметров. Управлять движением частиц можно не только в продольном, но и в поперечном направлениях. Эксперименты показывают, что частицы могут концентрироваться в горизонтальной плоскости в виде периодически чередующихся дисков или колец (рис. 35). [c.37] Распространение той или иной волны не зависит от наличия в этой среде других волн. Поэтому смещение частиц среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые частицы получают от каждого волнового источника. Результирующее движение частиц зависит от частоты и амплитуды начальных фаз, составляющих колебаний. Они могут привести к усилению колебаний в одних местах и ослаблению в других. [c.38] Влияние ультразвука на жидкий металл. Механическую волну, частота которой превышает 20 тыс. Гц, называют ультразвуком. Ультразвуковые волны распространяются в жидком металле в виде продольных волн, бегущих в неограниченном пространстве, или стоячих волн, распространяющихся в ограниченном объеме. В этой среде под действием ультразвуковых колебаний возникают области разрежения и сжатия. При этом все частицы среды, попадающие в волновое движение, совершают равномерно ускоренное колебательное движение с определенной скоростью вокруг положения равновесия. Если при механических колебаниях ускорение частиц превышает в десятки раз ускорение силы тяжести, то при ультразвуковых колебаниях это превышение составляет сотни тысяч раз. [c.38] Давление при захлопывании кавитационных пузырьков существенно зависит от их количества и размеров, а также от числа и размеров твердых частиц в жидкости перед ультразвуковой обработкой. Чем больше размер пузырька, тем больше в него диффундирует газов из окружающей среды и меньше сила удара при его схлопыва-нии. Пузырьки, радиусы которых больше, чем это необходимо для развития кавитации, остаются в отливке. Поэтому для получения больших кавитационных давлений, необходимых для дробления кристаллов и создания дополнительных центров кристаллизации, расплав перед ультразвуковой обработкой подвергают предварительной дегазации, рафинированию или давлению в несколько сот атмосфер. [c.38] Если имеется многокомпонентный сплав жидкого металла, то при наличии легких фракций, склонных к более быстрому вскипанию, склонность к кавитации увеличивается. Сам процесс кавитации и интенсивность захлопывания пузырьков выражены менее резко. [c.38] распространяясь в жидкости, создает области сжатия и растяжения, в которых давление соответственно повышается и понижается на Др по отношению к давлению р в невозмущенном потоке. [c.39] Влияние вибрации на кристаллическую структуру отливки. Принудительные колебания расплава очень эффективно измельчают кристаллы и существенно влияют на макроструктуру отливки. Предполагают, что главной причиной этого является наложение периодически изменяющихся при волновом движении жидкости давлений и разрежений. При этом происходит разрушение дендритных кристаллов с образованием дополнительных центров кристаллизации. [c.39] ЧТО колебания способствуют отделению растущих кристаллов от поверхности формы и переносу их во внутренние объемы. Для облегчения процесса отделения кристаллов примеси должны растворяться в расплаве, что способствует утонению дендритов у их основания. Поэтому для чистых металлов, затвердевающих плоским фронтом, отделение кристаллов от стенки формы невозможно. Отделившиеся кристаллы двухфазных сплавов в начальной стадии затвердевания осаждаются, формируя равноосную зону. [c.40] Для количественной оценки утепления шейки кристалла на границе с формой используют понятие концентрационной депрессии переохлаждения, вызываемого появлением на границе затвердевания слоя ликватов. На основании этой гипотезы главными условиями получения равноосной структуры являются получение узких шейкообразных кристаллов на стенке формы, предупреждение преждевременного образования стабильной корочки затвердевшего металла, стимулирование разобщения кристаллов со стенкой формы и предотвращение переплава уже отделившихся кристаллов во внутренних объемах отливки. Наиболее вероятными местами отделения кристаллов являются поверхности формы с малой интенсивностью теплоотвода и открытые поверхности жидкого металла, подвергающиеся вибрации или импульсному воздействию электромагнитных полей или давлений. [c.40] Вторая теория волнового воздействия в целях получения измельченной кристаллической структуры основывается на силовом воздействии вибрации на кристаллы, растущие на границе затвердевания и обламывания вторичных ветвей дендритов. [c.40] Эффективность измельчения кристаллов в процессе затвердевания расплавленного металла зависит от типа применяемой вибрации. При обработке расплавов в основном применяют три типа вибрации с ориентацией амплитуды в вертикальной плоскости, с ориентацией амплитуды в горизонтальном направлении и перемещении круговой волны с круговой амплитудой в горизонтальной плоскости. Степень измельчения кристаллов зависит от типа вибраций, располагающихся в такой последовательности отсутствие вибрации, вибрация с ориентацией амплитуды в вертикальной плоскости, вибрация с ориентацией амплитуды в горизонтальной плоскости, вибрация с круговой амплитудой в горизонтальной плоскости. Наиболее эффективной с точки зрения измельчения структуры является вибрация с круговой амплитудой в горизонтальной плоскости. [c.40] Вернуться к основной статье