В статье [29] описаны оригинальные результаты экспериментальных исследований влияния слабых электромагнитных полей и токов радиочастотного диапазона на процесс кристаллизации сплавов на основе никеля и кобальта. Методом электронной сканирующей микроскопии изучена структура закристаллизованных образцов, и установлено, что под действием ультразвука, генерируемого электромагнитным полем, меняется ликвация сплавов, изменяются размеры неоднородностей, их количество, форма, что определяет физико-механические характеристики материалов. Предложена модель, позволяющая объяснить наблюдаемый эффект. Управление процессом кристаллизации, по мнению авторов, осуществляется за счет энергии фазового перехода.
Непосредственно обработка металла в жидком состоянии импульсным электрическим током освещена в работе [14]. В данной работе получены положительные результаты влияния данного способа обработки на структуру и свойства металла.
В работе [30], представленной сотрудниками ИИПТ и ФТИМС НАН Украины, описано экспериментальное исследование влияния обработки расплава импульсным электрическим током на формирование структуры и свойств литейного алюминиевого сплава АК7. Были получены стабильные результаты по снижению пористости отливок, общая степень пористости которых понижается от третьего балла по шкале ВИАМ до первого. Это свидетельствует о том, что при обработке расплава импульсным током происходит интенсивная дегазация металла, что также отмечается в работе [31]. Железосодержащая интерметаллидная фаза в объеме литого металла выделяется в компактной форме, как в опытном, так и в контрольном образцах, но объем ее в опытном металле уменьшается примерно в 1,6 раза.
К сожалению, не было обнаружено публикаций, в которых изучен источник электрического тока как генератор тока для импульсной обработки в расплаве. Практически нет данных об особенностях построения технологических узлов (расположение электродов, полярность, глубина погружения электродов и т.д.) установок импульсной обработки. Недостаточно изучено влияние конфигурации и параметров электрического поля на структуру и свойства металла.
1.3 Обсуждение результатов.
Как свидетельствует проведенный анализ литературных источников, при обработке импульсным электрическим током существуют проблемы, связанные с отсутствием данных о конкретных режимах обработки импульсным электрическим током, и, самое главное, о существовании надежного импульсного источника. По-нашему мнению, следует согласиться здесь с выводами работы [31], в которой отмечено, что механизмы, по которым осуществляется обработка электрическим током расплавов, изучены очень слабо, что не позволяет обосновать рациональные схемы обработки.
Однако обработка расплава импульсным электрическим током имеет выгодные перспективы по внедрению, поскольку, влияя на структуру и механические свойства литого металла, имеет при этом существенные преимущества в энергозатратах [31]. К тому же, как свидетельствуют предварительные исследования, проведенные совместно с ФТИМС НАН Украины и ИИПТ НАН Украины, при обработке расплава импульсным электрическим током происходит дегазация расплава, что существенно расширяет возможности данного метода.
Действие электрического тока на различные среды осуществляется теми полями, которые возникают в них (см. рис.). Эти поля генерируют процессы, которые изменяют состояние среды. Их совокупность реализует некую интегральную картину воздействия на среду, когда одинаковые по физической
Рисунок – Различные поля, воздействующие на расплав при протекании электрического тока в импульсном режиме.
природе процессы могут усиливаться или ослабляться, и их окончательный эффект воздействия существенно зависит от параметров нагружения и параметров среды, которые, в свою очередь, могут усиленно зависеть от процессов другой физической природы. Например, усилия, действующие в каждой точке среды, вызванные интегральным воздействием акустического, электрического, магнитного полей и поля гидродинамических течений, существенно зависят от температурного поля. В тоже время последнее зависит от условий и причин теплообмена, условий и причин экзо- или эндотермических процессов, влияния на которые зачастую может быть существенно.
Таким образом, мы можем характеризовать процесс воздействия импульсного электрического тока на среду как сложный, многофакторный и взаимообусловленный. Его конечный эффект, по этой причине, зачастую не поддается моделированию с нужной степенью адекватности, что затрудняет постановку, решение и обсуждение результатов исследований. Поэтому выводы, сделанные при этом, могут носить скорее качественную основу. В этой связи аналитический метод исследований, когда параметры на входе и выходе системы связывают в рамках определенных модельных представлений зависимостями, основанными на известных законах, при реализации встречает определенные, порой неразрешимые, трудности. Здесь приходится на основе накопленных экспериментальных данных выделять эффекты и процессы, которые вносят наибольший вклад в изменение параметров на выходе системы при варьировании параметров входа.
В то же время метод черного ящика может дать более объективную картину о воздействии такого нагружения среды, при котором рассматриваются только параметры выхода, варьируя параметрами входа. Хотя в этом случае постановка задачи требует четкого и однозначного описания ее физических принципов.
Таким образом, оставляя в стороне механизмы, через которые происходит процесс воздействия, мы можем показать некоторую область применимых для достижения требуемого эффекта параметров воздействия. Вместе с тем, если требуется выбрать оптимальные варианты, по каким-то параметрам нагружения среды, необходимо будет-таки прибегать к аналитическому методу.
Если понимать под механизмами воздействия на среду те процессы, которые приводят к изменению параметров на выходе при варьировании параметров на входе, мы должны четко представлять себе, что их изменение возможно только в рамках определенных модельных представлений, а их реализация может быть осуществлена только с помощью определенных методов. Так, например, в литейном производстве воздействие на расплав, как правило, изучается методами металлографии, механических и коррозионных испытаний и т.п. А в эксперименте отслеживание поведения жидкого металла при его нагружении практически всегда сводится к изучению его физических свойств, что дает определенные представления об изменениях его строения, состояния и т.п. Но здесь, как правило, современные методы исследований не позволяют анализировать многокомпонентные сплавы.
Поэтому, на сегодняшний день, является актуальным изучение механизмов электроимпульсной обработки расплава, исследования влияния различных параметров импульсного электрического тока (источника - ГИТ) на структуру и свойства литого металла, развитие методической и технической базы для разработки эффективных технологических процессов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.