Экспериментальные исследования параметров внепечной высоковольтной электроимпульсной обработки на структуру и свойства алюминиевых сплавов

Экспериментальные исследования параметров внепечной высоковольтной электроимпульсной обработки на структуру и свойства алюминиевых сплавов

Введение. Развитие одного из перспективных методов обработки расплава путем наложения внешних физических воздействий, высоковольтной электроимпульсной обработки расплава (ВЭО), является актуальной научно-технической задачей при реализации целенаправленного управления структурой и свойствами литого металла. Основным преимуществом ВЭО перед другими методами внепечной обработки на основе использования внешних физических воздействий (вибрационных, ультразвуковых, электромагнитных и т.п.) состоит в том, что электрическая энергия на пути от источника к расплаву не трансформируется и не теряется, проходя через множество преобразующих элементов оборудования. При ВЭО электрический ток непосредственно воздействует на жидкий металл, что делает метод более простым в технической реализации и более эффективным с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Кроме того, современное высоковольтное оборудование позволяет осуществлять импульсный режим обработки с высокой мгновенной мощностью (более 10⁶ Вт) и в широком диапазоне варьирования электрических    параметров – от 1 до 100 кВ по напряжению – от 1 до 50 кА по току; от 1 до 20 Гц по частоте следования импульсов. Такие условия могут существенно влиять на эффективность и конкурентоспособность данного метода внепечной обработки.

Однако на сегодняшний день в достаточной мере не изучено влияние энергетических параметров ВЭО на конфигурацию электромагнитного поля в объеме расплава и физико-химические процессы, протекающие в расплаве, не установлена связь основных параметров обработки с характеристиками расплава, которая давала бы возможность управлять структурой и свойствами металла в твердом состоянии. Это связано с тем, что при обработке в расплаве возникают поля различной физической природы и развивается множество физико-химических процессов, которые формируют исключительно сложную и многогранную картину воздействия. Для ее описания необходимо четкое понимание механизмов воздействия импульсным электрическим током, фундаментальные теоретические исследования и непосредственный эксперимент, направленный на получение благоприятной структуры и требуемых свойств металла.

Для решения этих задач необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований сложных взаимообусловленных электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов в токопроводящей обрабатываемой среде. Необходимо четкое понимание механизмов влияния импульсного электрического тока на металл, роли силовых параметров нагружения в формировании структуры и свойств литого металла.

Цель данной работы – экспериментальные исследования влияния управляемых параметров генератора импульсных токов и конфигурации электромагнитного поля в обрабатываемом объеме расплава