Facebook

Twitter

9:00 – 18:00

Время работы ПН-ПТ

+7(495)780-05-14

Мы всегда Вам рады!

Поиск
Меню
 
О динамике всплытия неметаллических включений в расплаве при центробежном литье

О динамике всплытия неметаллических включений в расплаве при центробежном литье

В работе рассмотрены, на основе законов гидродинамики, динамические факторы, действующие на неметаллические включения (НМВ) при их всплытии в жидком металле в условиях центробежного литья. Показано, что всплытие НМВ происходит не только под действием центробежных сил, но и возникающих при этом тангенциальных сил. Движение НМВ происходит не в радиальном направлении, как принято считать, а по более сложной траектории, имеющей тангенциальную составляющую. Рассмотрено влияние формы НМВ на их всплытие.

Ключевые слова
Неметаллические включения, центробежное литье, гидродинамика, жидкий металл

Положение о более эффективном удалении НМВ из жидкого металла в условиях центробежного литья (ЦЛ), по сравнению с другими способами, одно из ведущих в современной теории центробежного литья, основано на законе Архимеда, согласно которому выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна равнодействующей сил, приложенных к элементарным объемам вытесненной телом жидкости. Поскольку центробежные силы, действующие во вращаемом расплаве, больше сил тяжести, действующих при обычном литье, то и выталкивающая сила будет больше. Отсюда, казалось бы, очевидный вывод о более эффективном удалении НМВ из расплава в условиях ЦЛ. Авторы монографии по ЦЛ [1], рассматривая эффективность удаления НМВ, утверждают, что скорость их всплытия при ЦЛ больше, чем при обычном, в л/К раз, где K – гравитационный коэффициент, что глубоко укоренилось в теории ЦЛ. Но обратимся к практике.

Постановка вопроса. Исходя из приведенных в монографии формул, следует ожидать, что в условиях ЦЛ максимальная скорость всплытия наиболее распространенных силикатных включений 0 0,1 мм, плотностью при скорости вращения р = 4100 кг/м3, формы с К = 100 на свободной поверхности расплава р = 6900 кг/м3, должна составить 0,25 м/с, а при К = 50 – 0,11 м/с. Если учесть, что скорость продвижения фронта кристаллизации металла, как правило, на два порядка ниже, следует ожидать высокого уровня рафинирования металла при ЦЛ. Однако на практике эти ожидания, увы, не подтверждаются. В ЦЛ-металле обнаруживаются НМВ размером не только 0,1 мм, но и значительно большие. Почему же, вопреки теоретическим расчетам, НМВ не всплыли? Действительно ли центробежные силы обеспечивают увеличение скорости всплытия НМВ в л/К раз и гарантируют более эффективное их удаление?

В ЦЛ-металле обнаруживаются не только отдельные НМВ, но и их скопления вытянутой формы. Такая необычная их форма создала в литейной практике серьезную проблему при количественной их оценке, поскольку шкалы по ГОСТ 1778-80, предназначенные для обычного металла, не имеют эталонов скоплений такой формы. В 80-е гг. в НПО «ЦНИИТМАШ» при разработке специальных шкал для ЦЛ-металла выяснили, что их вытянутость ориентирована по окружности [2]. Почему? Согласно современным представлениям [1], при ЦЛ устанавливается «состояние относительного покоя» жидкого металла, то есть всплытие НМВ происходит в тех же условиях, что и при обычном литье. Отличие – в действии центробежных сил. Но центробежные силы действуют в радиальном направлении и не могут вытянуть скопления НМВ в тангенциальном. Очевидно, что в вопросе удаления НМВ теория ЦЛ практикой не подтверждается.