Качественное представление о факторах, которые влияют на процессы формирования благоприятной структуры и свойств литого металла

2. Качественное представление о факторах, которые влияют на процессы формирования благоприятной структуры и свойств литого металла.

2.1 Гипотеза о механизмах электроимпульсной обработки расплава.

При приложении импульсного электрического тока к электродам, помещенным в расплав на некотором расстоянии друг от друга, происходит резкое увеличение разности потенциалов между ними, что ведет за собой образование электронной лавины, подобие электронной лавины в газе. Однако в расплаве металла не происходит образования локальных плазменных образований [32]. Доля электрического тока, переносимого ионами в жидких металлах не значительна, не превышает 10^-4. Однако, при прохождении тока через расплав, процессы взаимодействия электронов проводимости [32,33] и ионов примесей позволяют описать такие явления как электродиффузию, электроперенос и распределение различных неметаллических включений в расплавах металлов.

При прохождении импульсного электрического тока с точки зрения гидродинамики и тепломассопереноса наличие электрического тока приводит к следующим эффектам:

- во-первых, вследствие больших амплитудных токов должно происходить интенсивное тепловыделение;

- во-вторых, из-за неравномерности распределения плотности тока в расплаве температура в разных областях объема металла неоднородна, что может привести к возникновению тепловой конвекции в расплаве;

- в-третьих, взаимодействие тока с собственным магнитным полем металла приводит к появлению электромагнитной силы, также способной вызвать изменения в металле.

Специфической причиной, вызывающей перераспределение как плотности тока, так и других факторов, описанных выше, является то, что  прохождение импульса разрядного тока через расплав сопровождается вытеснением электрического тока и поля на поверхность расплава, так называемым скин-эффектом. За счет этого разрядный ток и создаваемое им электромагнитное поле концентрируется в поверхностном слое (скин-слое), который во время обработки располагается по зеркалу расплава и на поверхности, параллельной стенкам ковша. Однако за время вытеснения тока на поверхность (это время не превышает 1/3 полупериода тока) действию тока подвержен  весь объем жидкого металла. Далее в этом поверхностном слое генерируются волны импульсной электромагнитной силы, действующие внутрь емкости с жидким или жидко-твердым (двухфазная область) металлом, или наружу (в зависимости от конфигурации технологического узла и геометрии самой емкости). Можно предположить, что в результате этого происходит механическое измельчение твердой фазы в двухфазной области при зарождении и росте кристаллов.

Согласно работ [26, 27, 34, 35], тепловое воздействие импульсного тока сводится к переориентации роста дендритов. Это обусловлено различием тепловых проводимостей жидкой и твердой фаз. Вследствие этого происходит подавление роста дендритов. Но нужно отметить, что если во время электроимпульсной обработки происходит джоулев нагрев, то существенно нагреваться расплав будет только в скин-слое, что приведет к возникновению конвективных гидродинамических течений в обрабатываемом расплаве. И влиять этот процесс будет уже изначально и на кластерное строение расплава, и на последующее поведение нерастворенных примесей в процессах структурообразования при последующей кристаллизации.

Собственная частота разрядного тока лежит в пределах 30 кГц, что может повлечь за собой порождение ультразвуковых колебаний, генерируемых электромагнитным полем. Это, в итоге, может влиять на ликвацию примесей в сплавах, изменять микроструктуру, уменьшать пористость литого металла, что определит физико-механические характеристики литого металла [29]. Но на данном этапе неизвестно, достаточно ли весомо такое воздействие на расплав по сравнению с другими, происходящими во время обработки.