Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): при исследовании влияния магнитного поля на кристаллизующийся расплав основным узлом в экспериментальной установке является управляемый кристаллизатор, позволяющий изменять градиент температуры охлаждаемого расплава и величину напряженности магнитного поля (постоянного или переменного). Для количественной оценки влияния этих параметров на процесс кристаллизации необходима теоретическая оценка факторов, связанных с магнитным полем и градиентом охлаждения. В известной научной литературе подобных оценок не приводится. В настоящей работе представлено описание уникального, созданного в нашей лаборатории, управляемого кристаллизатора, а также теория воздействия импульсного магнитного поля на парамагнитный расплав в процессе кристаллизации. Цель работы: разработка теории воздействия импульсного магнитного поля на парамагнитный металл и проведение количественных оценок результата воздействия. Используемые методы: теоретические исследования на основе системы фундаментальных электродинамических уравнений Максвелла, а также законов Био-Савара-Лапласа, Ома, Ампера. Результат: рассмотрены основные механизмы воздействия импульсного магнитного поля на кристаллизующийся расплав. Рассчитаны: 1) радиальная компонента магнитного давления, действующая на расплав; 2) давление, действующее на торцы расплава; 3) количество джоулева тепла, вводимого в расплав за время действия одного импульса магнитного поля. Показано: 1) радиальное магнитное давление достигает существенного значения и является знакопеременным за время действия импульса разряда; 2) давление на торцы расплава несущественно; 3) джоулево тепло, вводимое в расплав вихревыми токами за время действия импульса разряда, может достигать более 30 Дж при U0 = 1000 В. Практическая значимость: полученные результаты будут использованы при анализе экспериментальных данных по кристаллизации силуминов под действием магнитного поля и без него в управляемом кристаллизаторе. Также полученные результаты могут быть использованы при разработке новых методов, способов или технологий получения материалов с наперед заданными физико-механическими свойствами.
Ключевые слова
Управляемый кристаллизатор, расплав парамагнитного металла, алюминий, импульсное магнитное поле, пондеромоторные силы, переходные процессы, количество теплоты.
1. Дибров И.А. Состояние и перспективы развития производства отливок из алюминиевых сплавов в России // Литейщик России. 2007. № 5. С. 28–29.
2. Ren-Guo Guan, Tie D. A review on grain refinement of aluminum alloys: progresses, challenges and prospects. Acta Metall. Sinica. 2017. Vol. 30(5). P. 409–432.
3. Термовременная обработка алюминиевых сплавов / Ф.М. Котлярский, Г.П. Борисов, В.М. Дука и др. // Процессы литья. 2012. № 3. С. 42–52.
4. Deev V.B., Selyanin I.F., Kutsenko A.I., Belov N.A., Ponomareva K.V. Promising resource saving technology for processing melts during production of cast aluminum alloys. Metallurgist. 2015. Vol. 58. No. 11–12. P. 1123–1127.
5. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. М.: Металлургия, 1995. 272 с.
6. Заббаров Р., Бибиков A.M., Живодёров В.М. Структурные изменения и свойства алюминиевых сплавов, обработанных магнитным полем // Металлургия машиностроения. 2009. № 6. С. 25–27.
7. Ловцов Д.П. Перспективные технологические методы управления качеством отливок // Литейщик России. 2004. № 6. С. 8–10.
8. Propescu M., Vagra B. Microstructure of aluminum alloys solidified by rotating electric field. Mater. Mech. 2015. No. 10. P. 44–48.
9. Zhang Y., Cheng X., Zhong H., Xu Z. , Li L., Gong Y., Miao X., Changjiang, Song C., Zhai Q. Comparative study on the grain refinement of Al-Si alloy solidified under the impact of pulsed electric current and travelling magnetic field. Metals. 2016. Vol. 6. P. 170.
10. Bustos O., Ordoñez S., Colás R. Rheological and microstructural study of A356 alloy solidified under magnetic stirring. Int. J. Metalcasting. 2013. Vol. 7. No. 1. P. 29–37.
11. Wang, X., Sun, G., Wang, L., Ma Q., Cui J. A new approach for preparing SiC particle-reinforced aluminum matrix composites by applying electromagnetic field. J. Wuhan Univ. of Technology (Mater. Sci.). 2016. Vol. 31. No. 4. P. 717–721.
12. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao C.M., Dahmen K.A., Peter K., Lu Z.P. Effect of electromagnetic field on microstructure and properties of bulk AlCrFeNiMo0,2 high-entropy alloy. J. Mater. Eng. Perform. 2015. Vol. 4. No. 11. P. 4475–4481.
13. Вдовин К.Н., Дубский Г.А., Егорова Л.Г. / Влияние магнитного поля на процесс кристаллизации алюминиевых расплавов // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2018. № 2. С. 34–42. doi: 10.17073/0021-3438-2018-2-34-42