Вы здесь

Формування литої структури металевих сплавів монотектичних систем при електромагнітній дії на розплав

Автор: 
Середенко Олена Володимирівна
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2002
Артикул:
3402U000760
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Общее методическое построение работы включало: разработку методики теоретического анализа процесса взаимодействия жидких фаз сплавов монотектической системы с целью определения наиболее рационального пути получения при электромагнитном воздействии эмульгированного металлического расплава с размерами капель порядка 1?5мкм и фиксации этого состояния в структуре литой заготовки; методику отработки на низкотемпературном сплаве на основе теории подобия рациональных режимов формирования эмульгированного состояния расплава и получения литых структур типа замороженных эмульсий; разработку методики обработки переменным электромагнитным полем и постоянным магнитным полем расплава для получения сплава на основе меди с хромистым чугуном замонотектического состава с литой структурой с равномерным распределением тонкодисперсных включений хромистого чугуна в медной матрице; использование стандартных методик для оценки структуры и свойств отливок.

2.1. Анализ взаимодействия жидких фаз расплава монотектической системы при электромагнитном воздействии
Массообмен между жидкими фазами сплава оценивался согласно приближённой теории массопереноса [112-115] с помощью I и II законов Фика с учётом пограничных слоёв на границе раздела фаз:
, (2.1)
, (2.2)
где ? - обозначение частного дифференциала;
Мi - масса вещества i, кг;
? - время взаимодействия фаз, с;
?i - коэффициент массопереноса вещества i, м/с;
?Ci - разность концентраций вещества i, кг/м3;
S - площадь межфазной поверхности, м2;
?iп - скорость конвективного потока в направлении перпендикулярном меж-фазной поверхности, м/с;
? - оператор Гамильтона;
Dмi - коэффициент молекулярной диффузии вещества i, м2/с;
DТi - коэффициент турбулентной диффузии вещества i, м2/с.
Процесс взаимодействия веществ в бинарной среде, имеющей циркуляционный характер течения, при котором массоперенос осуществляется диффузионным и циркуляционным переносом массы как вдоль, так и поперёк потока, оценивался с помощью диффузионного числа Фурье- FoДЦ [114,116]
, (2.3)
где ?ц- скорость циркуляции, м/с;
r0- радиус циркулирующего бинарного потока, м.
Теплообмен жидких фаз анализировался на основе закона Ньютона-Рихмана [117,118]

, (2.4)
где Qi-количество тепла, проходящее через поверхность S за время ? из объёма вещества i, Дж;
?i- коэффициент теплоотдачи из объёма вещества i, Вт/(м2??C);
?t - разность температур объёмов,?C.
Коэффициент теплоотдачи определялся по выражению [113]

, (2.5)
где Nu2- число Нуссельта охлаждающего объёма;
?2- коэффициент теплопроводности охлаждающего объёма, Вт/(м??C);
l1 -характерный размер (толщина) охлаждающегося объёма, м.
В случае теплоотдачи только по механизму теплопроводности Nu=1 [98]. Параметры тепловых процессов на стадиях нагрева и охлаждения неподвижного расплава определялись с помощью чисел Био (Bi) и Фурье (Fo) [118, 119]:
, (2.6)
, (2.7)
где - коэффициент температуропроводности i объёма расплава, м2/с;
ci- удельная теплоёмкость i объёма расплава, Дж/(кг??C);
?i- плотность i объёма расплава, кг/м3.
Процесс распространения тепла в движущемся расплаве оценивался числом Пекле (Pe) [114]
, (2.8)
где - скорость движения в объёме i, м/с.
Термогравитационная конвекция в жидкометаллических объёмах расплава характеризовалась числом Релея (Ra) [117]
, (2.9)
где g-ускорение земного тяготения- 9,81, м/с2;
-коэффициент объёмного расширения, (?C)-1;
-разность температур по высоте объёма вещества, ?C;
ti- температура вещества i у верха объёма, ?C;
t0i-температура вещества i у низа объёма, ?C;
?i, ?0i -плотности расплава, соответствующие температурам ti и t0i, кг/м3.
Процесс разрушения межфазной границы жидких сред чрезвычайно сложный и характеризуется взаимодействием сил поверхностного натяжения, вязкости и сил инерции. Поэтому использован подход на основе метода малых возмущений, рассматривающий поведение механического возмущения на первоначально плоской границе раздела двух идеальных (невязких), изотермических, несмешивающихся жидких фаз [120]. Для этого случая в линейном приближении установлено [121], что амплитуда (A(?), м) гармонического возмущения на межфазной поверхности определяется следующим образом (рис. 2.1.)
, (2.10)
где A0 - начальная амплитуда или амплитуда гармонического возмущения в момент времени ? = 0, м;

exp - экспонента, обозначение экспоненциальной функции y=ex ( е - основание натуральных логарифмов);
?1 - плотность лёгкой фазы, кг/м3;
?2 - плотность тяжёлой фазы, кг/м3;
U=?1-?2-относительная скорость движения фаз вдоль границы раздела, м/с;
?1,?2-скорости движения фаз вдоль поверхности раздела, м/с;
?в-длина волны гармонического возмущения на межфазной поверхности, м;
?1-2-межфазное натяжение жидких несмешивающихся фаз, Н/м;
= T - темп роста амплитуды возмущений, с-1.
Выражение (2.10) было использовано с целью определения оптимальной силовой схемы воздействия электр