Траектория всплытия НМВ при литье
Рассматривая условия, при которых во вращаемом жидком металле всплывают НМВ, авторы монографии совершают две ошибки. Они утверждают, что при ЦЛ устанавливается «’состояние относительного покоя» жидкого металла. О несостоятельности этого утверждения говорится в работе [5]. Кольцевой поток расплава во вращаемой форме – это неустановившееся движение. Авторы монографии утверждают, что «при вращении вокруг горизонтальной оси частицы всплывают на свободную поверхность радиально по кратчайшему пути» и представляют это, как «одно из преимуществ центробежного литья», что противоречит закону сохранения количества движения, согласно которому mv = const, где m – масса системы, v – скорость ее движения.
НМВ, переходя, за счет всплытия в сторону свободной поверхности, на меньший радиус вращения, стремится увеличить свою угловую скорость вращения. Если включение массой m вращается в расплаве со скоростью ю1, находясь на радиусе r1, то при переходе на меньший радиус r2 оно приобретает скорость со2, и мы имеем: mca1r1 = ma2r2, в соответствии с чем скорость вращения НМВ, к которой оно стремится: со2 = со/Д, то есть будет увеличиваться и заставлять включение двигаться в тангенциальном направлении, и это движение усиливается скольжением слоев жидкого металла. Если НМВ стремится к увеличению скорости вращения, то расплав, наоборот, из-за скольжения ее уменьшает, создавая активное кольцевое движение включения относительно расплава. Таким образом, на всплывающее включение действует не только выталкивающая сила FB, но и сила Fv действующая в тангенциальном направлении , и всплытие НМВ при ЦЛ происходит не радиально по кратчайшему пути, а по более сложной траектории. Именно этим объясняется характерная только для структуры ЦЛ-металла вытянутая, ориентированная по окружности форма их скоплений.
Влияние на всплытие включений их формы.
Авторы монографии исключили из рассмотрения этот фактор. При рассмотрении всплытия шаровидных тел сопротивление жидкости противоположно выталкивающей силе. В общем случае для тела любой формы направление силы сопротивления жидкости зависит от формы тела и представляет собой результирующую сил – лобового сопротивления в направлении движения жидкости и подъемной, действующей в перпендикулярном направлении, которую еще называют силой Жуковского. Анализ эпюры сил (рисунок), действующих на включение в расплаве, показывает, что его всплытию противодействуют силы Fra и Fa()). Силы же Fr, Fra и F^, действуя в тангенциальном направлении, этому не противодействуют.
F(m – это сила сопротивления Fc, противодействующая силе всплытия, возникает за счет тангенциального движения включения. По сравнению с уравнением (1), в уравнении (5) появилась еще одна составляющая – Fct(|). Формулы из работы [1] ее не учитывают. Это еще один довод их несостоятельности.
Не вдаваясь в сложное математическое определение F важно знать, что она пропорциональна квадрату скорости движения включения в жидком металле в тангенциальном направлении.
Выводы
- Известные в теории ЦЛ формулы для расчета скорости всплытия включений и утверждение об увеличении этой скорости в \/К раз, по сравнению со скоростью при обычном литье, не имеют ни теоретического, ни практического обоснования, и их надо признать несостоятельными.
- Действие центробежных сил при ЦЛ, благоприятствуя всплытию НМВ, не гарантирует их более эффективное удаление из жидкого металла, по сравнению с другими видами литья.
- НМВ всплывают по сложной траектории, имеющей как радиальную, так и тангенциальную составляющие.
- Возникающая при этом тангенциальная сила и скольжение жидкого металла – факторы, которые противодействуют всплытию НМВ.