27.07.2014 Мариетта

У нас вы можете скачать книгу Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые металлы О. В. Абрамов в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

Этот процесс металлурги назвали дегазацией. Ультразвуковая обработка металлов один из новых эффективных способов, применяющихся в металлургии для улучшения качества металлов.

Облучение ультразвуком расплавленного металла приводит к заметному измельчению зерна и уменьшению пористости. Кроме того, ультразвук повышает механические свойства затвердевших расплавов и намного улучшает способность металла к пластической деформации.

Известно, что большинство металлов и сплавов в процессе литья активно взаимодействуют с газами. Но особенно старательно и, можно сказать, жадно это делает алюминий. Причем из всех газов, попадающих в расплавленный алюминий и его сплавы, 80 процентов приходится на долю водорода.

Избавляться от водорода и от других примесей помогает ультразвук, вызывающий в расплавленном металле кавитацию. Именно она ускоряет процесс выделения газовых пузырьков, то есть ускоряет дегазацию.

Дегазирующее действие ультразвука возрастает с увеличением количества кавитационных зародышей - мельчайших газовых пузырьков и нерастворенных примесей. При дегазации алюминиевых сплавов немаловажную роль играют интенсивность ультразвука и материал, из которого сделан излучатель ультразвуковых колебаний. Материал должен сам обладать способностью вступать в соединение с водородом, или, как говорят, быть гидрообразующим.

Между тем известно, что таким свойством обладают титан и другие химические элементы этой группы. Титан, введенный в расплав даже в очень небольшом количестве 0, процента , поглощает много водорода. Использование инструмента из титана, ниобия, молибдена при дегазации алюминия или его сплавов желательно и по другой причине.

Поскольку поверхность излучателя ультразвуковых колебаний, введенного в жидкий металл, под воздействием кавитации разрушается, то это на первый взгляд вредное явление можно обратить в полезное, подобрать соответствующий материал для излучателя. Титан, ниобий, молибден или какие-либо другие элементы, переходя из инструмента в расплав и равномерно распределяясь по всему объему расплава, придают ему те свойства, которые нужны, желательны.

Разработанный в Советском Союзе новый технологический процесс дегазации алюминиевых сплавов ультразвуком нашел широкое применение. Центральным научно-исследовательским институтом технологии машиностроения разработаны ультразвуковые дегазаторы серии УЗД. Принцип действия их одинаков, различие состоит только в конструктивном исполнении и производительности. Один из промышленных ультразвуковых дегазаторов, а именно УЗДМ, обрабатывает алюминиево-магниевые расплавы в тигле или ковше емкостью килограммов.

Головка дегазатора состоит из четырех магнитострикционных преобразователей. Одной из новых областей применения ультразвука является процесс кристаллизации, определяющий качество готовых деталей, особенно таких, которые получаю методом литья.

Если расплавленный кристаллизирующийся металл обработать ультразвуком, произойдет измельчение зерен, уменьшится пористость, а структура отливки будет более равномерной.

Ин-т общей и неорган. Расширенный поиск Профессиональный поиск Заполните необходимые поля: Все поля Автор Заглавие Содержание. Или введите идентификатор документа: Справка о расширенном поиске. Поиск по определенным полям Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше.

По умолчанию используется оператор AND. Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе: Таким образом, время ожидания появления первого центра кристаллизации была на три порядка меньше при введении ультразвука в расплав сурьмы и на порядок меньше для висмута.

Проведенные эксперименты показывают, что при затвердевании чистого металла ультразвуковые колебания, как и в органических веществах, могут увеличивать скорость зарождения центров кристаллизации в переохлажденных расплавах. Ультразвук не только влияет на скорость зарождения центров кристаллизации, но и вызывает диспергирование растущих кристаллов, изменяя при этом форму фронта кристаллизации.

Капустин [6] исследовал значительное количество разных органических веществ бензофенол, салол, пиперонал, ортохлорнитробензол и др. Было проведено экспериментальное исследование процессов диспергирования кристаллов органических веществ и металлов при их росте в перегретый расплав в условиях направленной кристаллизации. Такой способ исключал возможность образования центров кристаллизации в расплаве перед фронтом кристаллизации.

Опыты проводились с чистыми органическими веществами и металлами тимол, нафталин, олово, висмут, свинец , а также со сплавами нафталин-азобензол, олово-цинк и олово-висмут.

Схема установки для опытов с органическими веществами была показана на рис. Установка для выявления структуры фронта при направленной кристаллизации металлов: С уменьшением скорости кристаллизации и градиента температур в жидкости протяженность зоны отщепленных кристаллов увеличивалась, распределение температур в расплаве изменялось, а структура закристаллизовавшегося тимола становилась более дисперсной. Дальнейшее усиление мощности ультразвука влекло за собой увеличение количества кавитационных пузырьков и отщепленных от фронта кристалликов и зона диспергирования росла; увеличение мощности приводило к дальнейшему измельчению структуры.

Интервал между кадрами - 0,5 сек. Следует отметить, что величина мощности колебаний, необходимая для возникновения в расплаве кавитационных явлений, не изменялась в зависимости от скорости роста кристаллов и градиента температур в жидкости.

Качественно аналогичные результаты были получены и при исследовании нафталина. Некоторые данные о результатах этих экспериментов приведены в табл. Такие же эксперименты были проведены с легкоплавкими металлами. При подобранных скоростях кристаллизации и различных градиентах температуры в жидкости форма фронта у олова, свинца и висмута была гладкой, без заметных шероховатостей на поверхности. При введении ультразвука малой мощности приблизительно одна треть от мощности, при которой в расплаве образуются кавитационные явления структура фронта практически не изменялась, а градиент температур в жидкости несколько увеличивался.

Повышение вводимой мощности в расплавах вызывало возникновение кавитационных явлений. Кавитационные пузырьки в расплавах появлялись возле излучателя и вблизи фронта кристаллизации.

Величина пороговой мощности кавитации у всех материалов была различной. Как результат кавитационных явлений на фронте возникали шероховатости и углубления воронки , по-видимому, вследствие захлопывания кавитационных пузырьков и диспергирования кристаллов.

Распределение температур в расплаве несколько изменялось. Для сопоставления изменений на фронте кристаллизации со структурными изменениями в образце изготовлялись микрошлифы и определялся размер зерна.

Коэффициент измельчения определялся как отношение площади зерна в контрольном образце к площади в обработанном. Во всех рассмотренных случаях изменение формы фронта сопровождалось измельчением зерна, причем степень измельчения разных металлов была различной. Повышение вводимой мощности влекло за собой более существенные искажения на фронте кристаллизации и более значительное измельчение зерна, а увеличение скорости и градиента температур при постоянной мощности колебаний снижало коэффициент измельчения зерна.

В расплаве кавитационные явления возникали независимо от скорости и градиента температур табл. По мере увеличения скорости изрезанность возрастает. Пульсирующие кавитационные пузырьки образовывали углубления на поверхности фронта кристаллизации; при захлопывании пузырьков из углублений на фронте кристаллизации начинался интенсивный рост иглообразных кристаллов рис.

Фронт кристаллизации становился изрезанным при любых применявшихся скоростях перемещения печи. Насколько существенны процессы диспергирования растущих кристаллов подтвердили опыты по обработке ультразвуком сплавов системы олово—цинк. Кривые охлаждения приведены на рис. Полученные результаты подтверждены опытами на сплавах системы олово—висмут, в которых исследовалась структура фронта кристаллизации и оценивался коэффициент измельчения в зависимости от скорости кристаллизации и градиента температур в расплаве.

При выбранных скоростях кристаллизации и градиентах температуры фронт кристаллизации в отсутствие ультразвука был шероховатым рис. Увеличение градиента температуры или уменьшение скорости кристаллизации приводило к уменьшению ширины двухфазной зоны, которая оценивалась по перегибам на температурной кривой.

С уменьшением скорости структура фронта становилась более грубой. Введение ультразвука малой интенсивности докавитационный режим вызывало некоторое повышение градиента температур и уменьшение ширины двухфазной зоны, а структура фронта кристаллизации становилась более дисперсной.

Эти изменения структуры фронта повлекли за собой некоторое измельчение зерна.