ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рафинирующая обработка расплава ультразвуком1 (до начала кристаллизации) из "Специальные способы литья " Приложение к жидкости переменного по знаку давления (как это имеет место при распространении волны мощного ультразвука) приводит к разрыву жидкости. Образующиеся в местах разрыва маленькие полости под действием звукового поля ведут себя по-разному. Одни из них пульсируют, не меняя содержания парогазовой смеси внутри своего объема, другие интенсивно растут под действием растягивающих напряжений звуковой волны и односторонней диффузии газа КЗ жидкости в полость, третьи начинают смыкаться (захлопываться) под действием сжимающих напряжений звуковой волны с образованием мельчайших осколков пузырьков и развитием больших локальных давлений вблизи мест захлопывания. [c.449] Ч определяющее кавитационную прочность жидкости. [c.449] Растворимые в жидкости примеси лишь косвенно влияют на процесс разрыва жидкости, изменяя коэффициент ее поверхностного натяжения. Так, введение магния в сплавы типа твердых растворов (например, в сплавы системы А1—Мд) или добавок поверхностно-активных примесей (таких, как натрий и висмут) в расплав алюминия приводит к снижению поверхностного натяжения металла не более чем на 30%. Следовательно, кавитационную прочность жидкости обеспечивают нерастворимые примеси, которые могут существовать в ней во всех трех агрегатных состояниях. По-видимому, нерастворимые жидкие примеси вряд ли могут существенно снизить прочность жидкости вследствие того, что молекулярные силы сцепления основной жидкости и примеси значительны. Это справедливо и в отношении твердых примесей, поверхность которых хорошо смачивается исследуемой жидкостью. [c.449] Теоретические (Я. И. Френкеля) и экспериментальные (Е. Н. Гарвея [13]) исследования показали, что снижение сопротивления жидкости кавитационному разрыву определяется несмачиваемыми лиофобными твердыми частицами, имеющими трещинки, заполненные газом. [c.449] Аа определяют способность этих частиц стать зародышами кавитации. [c.450] Таким образом, если в жидкости имеются взвешенные частицы со сложным микрорельефом, то в трещинках и углублениях таких частиц, плохо смачиваемых жидкостью, часто остается парогазовый зародыш. Поэтому зарождение кавитационпой полости при действии растягивающих напряжений звуковой волны всегда начинается с парогазовой фазы в устье трещины. [c.450] Реальный жидкий металл не является идеальной жидкостью и содержит значительное количество нерастворимых примесей (так назыг.аемый планктон ). Поэтому его кавшацион-ная прочность в жидком состоянии и его структура в твердом состоянии после кристаллизации в значительной мере определяются чистотой металла по этим твердым неметаллическим включениям [12]. [c.450] Анализ зависимости кавитационной прочности расплава от количества нерастворимых примесей затруднен из-за )астворенного в жидком металле газа. Лоэтому, рассматривая условия зарождения кавитационных полостей в жидком металле, целесообразно рассматривать систему в целом, т. е. систему расплав — неметаллическое включение — газ. [c.450] Проведем анализ условий возникновения кавитации на примере расплава алюминия или системы жидкий алюминий — оксид алюхминия — водород. [c.450] Водород в алюминии образуется при разложении водяного пара, адсорбированного на поверхности алюминия, при температурах более 500 X При этом сущность реакции взаимодействия состоит в диссоциации пара, образовании оксида алюминия и выделении водорода [4, 10]. [c.450] Водород находится в расплавленном алюминии главным образом в растворенном состоянии. Равновесное присутствие его в виде свободных пузырьков экспериментально не доказано. Вместе с тем установлено [4, 10] тормозящее действие оксида алюминия, взвешенного в расплаве, на процесс диффузионного удаления водорода из расплава. [c.450] Наибольшее число экспериментальных количественных оценок кавитационной прочности жидкостей проведено на воде и ее растворах. Это связано с относительной простотой постановки эксперимента в неагрессивной низкотемпературной среде. Изучение кавитации в жидком металле (особенно в расплаве алюминия и его сплавов, который реагирует практически со всеми известными хматериа-лами и растворяет их) обусловило серьезные затруднения, связанные как с методикой введения ультразвука в расплав, так и с методикой контроля условий возникновения и развития кавитации. [c.450] За основу методики измерения порога кавитации была взята методика измерения кавитационного шума [12], возникающего при кавитационных явлениях (образований и захлопывании большого количества пузырьков различного размера с собственными резонансными частотами). [c.450] Для количественной оценки порога кавитаций в расплаве проводят прямое измерение акустической мощности, вводимой в жидкий металл при установлении теплового баланса, методом калориметрирования. [c.451] Порог кавитации можно наблюдать на экране осциллографа (рис. 1) по развитию сигнала основной частоты 18 кГц, причем интенсивное развитие кавитации заметно отличается по виду от порога кавитации — качала ее развития. [c.451] Ф Марка алюминия А99. [c.452] Примечание. — амплитуда колебаний со — круговая частота. [c.452] Расчет по уравнению (2) отражает условия передачи энергии ультразвука в некавитирующую жидкость. Кроме того, этот расчет основывается на экспериментально фиксируемых амплитуде колебаний излучателя и картине развития кавитации (фиксируется с помощью щупа). [c.452] При измерениях между поверхностью излучателя и щупа предусматривают промежуток 10—15 мм. Вследствие этого условия развития кавитации вблизи поверхностей щупа и излучателя различны. Поэтому рассчитанные по уравнению (2) звуковые давления можно рассматривать как верхний предел порога кавитации. Нижний предел порога кавитации рассчитывают, уменьшив волновое сопротивление в 3—4 раза. Получен 1ый результат [при расчете по уравнению (2)] можно уменьшить в 1,4—2,0 раза. [c.452] Порог кавитации жидкого металла также зависит от температуры, вязкости расплава поверхностного натяжения и наличия примесей переходных металлов (Т , Ъх и др.), увеличивающих адсорбцию водорода на оксидах (табл. 1). [c.452] Вернуться к основной статье