Розмір шрифту: 

Введення в алюмінієві розплави тугоплавких частинок для армування та модифікування алюмінієвих сплавів є складним завданням, що обумовлено низьким змочуванням неметалевих частинок розплавом при температурах плавки. Поверхневі ефекти перешкоджають як їх введенню, так і рівномірному розподілу по об’єму розплаву. Для забезпечення необхідного результату потрібне застосування зовнішніх впливів на систему розплав – частинки, у якості якого був обраний принцип магнітогідродинамічного перемішування.     Перемішування розплавів у металургійних печах електромагнітним полем є широко розповсюдженим способом, який застосовується більше 70 років і є найбільш ефективним при виплавленні сплавів. Принцип МГД-перемішування забезпечується за рахунок дії змінного електромагнітного поля на розплав алюмінію, який є електропровідною рідиною. Під впливом змінного електромагнітного поля, згідно закону електромагнітної індукції, в розплаві утворюються вихрові струми і, як наслідок, сили Лоренца, які викликають інтенсивний рух розплаву. Сили Лоренца по-різному проявляються в різних зонах ванни розплаву, однак за рахунок бігучого електромагнітного поля в розплаві утворюються потужні течії з вираженим напрямком, які суттєво прискорюють процеси перемішування, розчинення лігатур, вирівнювання температури і хімічного складу по всьому об'єму ванни розплаву.     Мета зроблених експериментальних досліджень полягала в отриманні лігатур шляхом замішування порошкоподібних тугоплавких неметалевих матеріалів в рідкий алюмінієвий сплав марки АК7 під дією електромагнітного перемішування. Дослідження проводили у ФТІМС НАНУ та на кафедрі ливарного виробництва НТУУ «КПІ».     Механізм перемішування в МГД-печі аналогічний тому, який має місце в індукційних низькочастотних тигельних печах, в яких розплав піднімається уздовж центральної осі тигля і опускається уздовж його стінок, утворюючи симетричну картину перебігу рідкого металу. На поверхні розплаву при цьому утворюється опуклий симетричний меніск (рис. 1).      Дослідження зміни магнітної індукції при віддаленні від торця магнітопроводу показало, що на відстані 100 мм від сталевої платформи її величина знижується в 10 разів (0,03 Тл), а на відстані 150 мм в 20 разів (0,015 Тл). Крім того, немагнітний металевий столик частково екранує магнітне поле, тому на відстані 150 мм його дія, принаймні, візуально не виявляється.     Введення частинок проводили при температурі розплаву 720 оС з перемішуванням металу електромагнітним полем протягом 3 хвилин. Маса металу в тиглі становила 650 г.      Вимірювання висоти підйому меніска металу в тиглі, який в ході експериментів становив від 5 до 20 мм, дозволило з використанням рівняння  Бернуллі оцінити величини швидкостей перемішування металу в центрі тигля і вздовж його бічних стінок, що становило 0,3…0,6 м/с.     При реалізації інтенсивного електромагнітного перемішування в об’ємі  металу створюється рух розплаву у вигляді тора, при якому маси металу обертаються відносно його осі, а в об'ємі розплаву утворюються зони зниженого і підвищеного тиску (центр вихору-тора, його зовнішня частина) куди, залежно від вектора швидкості, спрямовуються грудки порошку. У разі, коли порошок надходить в метал у вигляді конгломератів, то за умови інтенсивного перемішування розплаву, велика частина композитних частинок виштовхується за межі вихрових потоків металу.     Аналіз результатів введення композитних частинок під поверхню рідкого металу показав, що після введення порошку композитних частинок під поверхню розплаву близько 20…30 % його об’єму спливало на поверхню металу в вигляді конгломератів; після відключення електромагнітного впливу близько 20…30 % його об’єму спливає на поверхню (що було обумовлено тим, що в процесі обробки розплаву частина порошку утримувалася в центрі сформованих в результаті перемішування вихорів).     При зсуві центральної осі тигля щодо центру торця магнітопроводу виникає несиметрична картина течії, що видно по зміщенню меніска (рис. 2).     При переміщенні тигля по поверхні електромагніту відбувається поступова зміна напрямку обертання розплаву, що сприяє кращому замішуванню частинок у рідкий метал. Однак при зупинці обертання розплаву відбувається розшарування розплаву на збагачений частинками та збіднений ними.      Тому при постійному обертанні додатково знижували температуру розплаву майже до температури ліквідусу. При цьому не спостерігалося розшарування розплаву і було одержано однорідну лігатуру для подальшого її використання при створенні пористого алюмінієвого сплаву (рис. 3).