Спосіб обробки розплаву металу

Реферат: Спосіб обробки розплаву металу включає осьову дію на розплав імпульсними магнітними полями з періодом власних коливань імпульсів магнітного поля від 10 до 20 мкс протягом часу обробки, який визначають із співвідношення: t обр  V , f  V1 де f - частота слідування імпульсів, Гц; 3 V1 - об'єм оброблюваного розплаву за один імпульс, м ; 3 V - об'єм розплаву, м . UA 107535 U (54) СПОСІБ ОБРОБКИ РОЗПЛАВУ МЕТАЛУ UA 107535 U UA 107535 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до металургії, ливарного виробництва та машинобудування і може бути використана при виробництві зливків і відливок з металів і сплавів. Відомо спосіб дії на розплавлений метал імпульсним магнітним полем і пристрій для його здійснення (патент RU 2311989, МПК (2006.01) B22D 27/02, опубл. 10.12.2007), який включає вплив електромагнітного випромінювання на розплавлений метал і обробку розплаву на основі алюмінію за допомогою індуктора електромагнітними коливаннями шляхом створення в межах розплаву однополярних електромагнітних імпульсів струму тривалістю близько 150…180 мкс і напругою до 5 кВ. Ознакою, що збігається з суттєвими ознаками способу, який заявляється, є дія на розплав імпульсними магнітними полями. До причин, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести створення в розплаві однополярних імпульсів струму, які за однакових енерговитрат на створення імпульсів необхідної амплітуди створюють на 1-2 порядки менші електродинамічні зусилля, які, відповідно, менш інтенсивно впливають на усі структурні рівні розплаву. До недоліків способу слід віднести те, що обробка проводиться за допомогою зануреного в розплав електроізольованого індуктора, який дозволяє обробляти лише малий об'єм розплаву поблизу індуктора, крім того його підвищену електричну і електромагнітну небезпеку. Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, яка заявляється, є спосіб магнітно-імпульсної обробки розплаву (Черников Д. Г. Совершенствование способов магнитноимпульсной обработки расплавов / Д.Г. Черников, В.А. Глущенков, В.И. Никитин, К.В. Никитин // Изв. Самарского научного центра РАН. - 2014. - № 6.- С. 256-262), в якому розплав алюмінію обробляють імпульсним магнітним полем за допомогою осьового індуктора, розташованого над поверхнею розплаву, в якому генеруються імпульси струму у формі затухаючої синусоїди з півперіодом коливань 150 мкс, частотою слідування імпульсів 1 Гц. Ознакою, що збігається з суттєвими ознаками способу, який заявляється, є осьова дія на розплав імпульсними магнітними полями. Причиною, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату є те, що: значний період імпульсу близько 300 мкс не дозволяє створювати економічні джерела струму для магнітно-імпульсної обробки розплавів, оскільки для отримання такого довгого імпульсу з великою амплітудою струму і магнітного поля потрібна ємність конденсаторів (С) від десятків до сотень мкФ, що вимагає великої енергії, яка запасається на один імпульс, а також обмежує частоту слідування імпульсів і не дозволяє, внаслідок цього, ефективно обробляти розплав в інтервалі кристалізації, який пов'язаний з часом застигання розплаву у формі. Ще одним обмеженням, яке не дозволяє обробляти розплав, що кристалізується, довгими імпульсами магнітного поля, є його тепловий вплив, який при охолодженні розплаву повинен мати мінімальне значення, а його інтенсивність, у свою чергу, прямо пропорційна довжині періоду і, відповідно, тривалості імпульсу. До того ж, апаратне оформлення цього способу включає наявність громіздкого електросилового устаткування. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу обробки розплаву металу шляхом визначення оптимальних параметрів обробки, що дозволить збільшити значення електромагнітних сил, які діють на розплав, та забезпечити рівномірність подрібнення структури по перерізу виливків, і за рахунок цього підвищити їх службові властивості. Крім цього, спосіб дозволяє зменшити енерговитрати на виконання магнітно-імпульсної обробки розплаву. Суть корисної моделі полягає в тому, що в способі обробки розплаву металу, який включає осьову дію на розплав імпульсними магнітними полями із заданими параметрами, згідно з корисною моделлю, дію на розплав імпульсними магнітними полями здійснюють з періодом власних коливань імпульсів магнітного поля від 10 до 20 мкс протягом часу обробки, який визначають із співвідношення: V tобр  , f  V1 де f - частота слідування імпульсів, Гц; V1 - об'єм оброблюваного розплаву за один імпульс, м3; V - об'єм розплаву, м3. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками способу, що заявляється, і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознака "період власних коливань від 10 до 20 мкс" дає змогу реалізовувати найбільш ефективну електросилову дію при мінімізації теплового впливу на оброблюваний розплав. Збільшення амплітуди магнітного поля Н відбувається тому, що 1 UA 107535 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 H ~ 1/ T , -1 де T - період власних коливань імпульсу магнітного поля, с . Відповідно збільшується амплітуда електросилової дії (Feм) при меншій енергії, що запасається в конденсаторах, і споживаній потужності, оскільки амплітуда силової дії 2 . 0,14 пропорційна Н та має залежність Feм(T)2,8 Т . Тому діапазон ефективних значень починається з періоду 20 мкс та фактично входить у режим насичення зі значенням 10 мкс. При використанні більш коротких імпульсів з меншим періодом час та періодичність впливу не дозволяють реалізовувати ефективні вторинні процеси, які виникають після формування силового поля, наприклад гідродинамічні. Крім цього, з технологічної точки зору, реалізація таких імпульсів у реальних, не лабораторних, умовах проблематична та недоцільна. Крім цього, обробка розплавів, що кристалізуються, короткими високочастотними імпульсами з періодом від 10 до 20 мкс дає змогу суттєво знизити інтенсивність теплового впливу індукованого магнітним полем електричного струму в розплаві, величина якого прямо пропорційна довжині періоду, що позитивно впливає на обробку розплаву в процесі кристалізації. Завдяки цьому можна ефективно обробляти розплав до температури його твердіння. Ознака "протягом часу обробки", який визначають зі співвідношення: V t обр  f  V1 ", дозволяє ефективно обробляти весь об'єм розплаву. При обробці розплаву імпульсним магнітним полем область первинної дії визначається скін-ефектом, при якому імпульсний струм, що індукується імпульсним магнітним полем, витісняється на поверхню провідника. Товщина скін-шару залежить від провідності розплаву і періоду струму. У випадку магнітно-імпульсної обробки з періодом імпульсу магнітного поля від 10 до 20 мкс товщина скін-шару становитиме від 1 до 2 мм. Гідродинамічні течії, що виникають при цьому, поширюються зі швидкістю порядку одиниць міліметрів у секунду. Таким чином реалізується можливість перемішування об'єму Vi з об'ємом V. Враховуючи те, що V1