LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості литого металу методом електрогідроімпульсної обробки розплаву

розряду;

в) проведено розрахунок термодинамічних характеристик розплаву, сформульовано уявлення про механізм електрогідроімпульсного впливу на атомарну структуру розплаву;

г) введено поняття електрогідроімпульсної оброблюваності, проаналізовано фактори, які впливають на оброблюваність сплавів, обгрунтовано і запропоновано показник питомої енергії, витраченої на обробку;

д) проаналізовано вплив геометричних параметрів хвилеводу і температурно-часових умов його роботи на стійкість проти оплавлення, експериментально вивчено стійкість хвилеводу у високотемпературному розплаві;

е) запропоновано технологічні параметри для обробки промислових об'ємів розплаву та виконано аналіз результатів промислової апробації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювались на III Науковій школі "Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ" (м. Миколаїв, 1999 р.), IV і VI Міжнародних наукових школах-семінарах "Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ" (м. Миколаїв, 2001 р., 2005 р.); ХI Міжнародній науковій школі-семінарі "Фізика імпульсних розрядів в конденсованих середовищах" (м. Миколаїв, 2003 р.); Науково-практичній конференції молодих вчених "Зварювання та суміжні технології" (м. Київ, 2000 р.); Науково-практичній конференції молодих вчених "Металознавство та обробка металів" (м. Київ, 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 робіт, в тому числі 12 робіт у фахових виданнях та 2 тези доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, переліку використаних джерел із 100 найменувань та 3 додатків. Загальний об'єм дисертації 156 сторінок, основна частина викладена на 113 сторінках. Робота містить 29 рисунків і 13 таблиць.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначена мета і задачі роботи, сформульовані об'єкт і предмет дослідження, висвітлені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, надана загальна характеристика і короткий зміст роботи.

У першому розділі розглянуто проблеми теорії і практики використання зовнішнього фізичного впливу на метал. Проведено аналіз найбільш відомих методів фізичного впливу на рідкі металеві розплави, що застосовуються з метою підвищення якості металовиробів. В порівнянні з цими методами проаналізовано функціональні можливості, сфери використання та показано переваги, які має метод електрогідроімпульсної обробки розплаву. Систематизовано відомі на цей час теоретичні та експериментальні результати з ЕГІО чорних і кольорових металів. Показано, що для подальшого розвитку та вдосконалення методу ЕГІО необхідно вирішити ряд проблемних питань, пов'язаних із детальнішим вивченням фізичних процесів перетворення енергії на шляху від джерела енергії до розплаву та збурень, які виникають в самому розплаві під дією імпульсного силового навантаження. Висвітлена основоположна роль кавітації в таких процесах обробки як дегазація, рафінування, гомогенізація розплаву, та структуроутворення на мікрорівні. Показана доцільність більш детального вивчення розрядної стадії ЕГІО, необхідність визначення ефективних режимів розряду та технологічних параметрів обробки, які б дозволяли суттєво підвищувати якість металу за рахунок реалізації потужних кавітаційних процесів в розплаві та водночас економити енергетичні і часові витрати на обробку. Акцентовано увагу на хвилеводній системі обладнання, яка працює в умовах потужних імпульсних навантажень та високотемпературних середовищ. Показано, що створити алгоритм керування структурно-фазовими перетвореннями і властивостями твердого металу за рахунок ЕГІО на сьогоднішній день неможливо без розвитку фізичних основ методу, тобто без чітких уявлень про механізми електрогідроімпульсної дії на розплав та оброблюваність різних розплавів.

На підставі викладеного у розділі літературного огляду сформульовано основні задачі досліджень.

Другий розділ присвячений вивченню розрядної стадії ЕГІО, дослідженню процесів передачі розрядного імпульсу тиску в розплав, визначенню залежності його характеристик від режимів електричного розряду та математичному моделюванню хвильових процесів, що виникають у розплаві.

Для цього виконано експрес-аналіз ефективного тиску на торці хвилеводу, який утворюється за рахунок одиничного розряду. Використовуючи параметри розрядного контуру (ємність накопичувача С, напругу зарядки накопичувача U0, індуктивність L, довжину розрядного каналу lр) та безрозмірний критерій подібності η, який пов'язує їх між собою, тиск в повздовжній хвилі стискання Рв(t) для хвилеводного стрижня постійного радіусу rв в пружній постановці визначено за допомогою співвідношень:


(1)

Абсолютне значення критерію η в системі (1) визначає режим електричного розряду: при η = 0 - режим короткого замкнення; при η = 1 – аперіодичний режим розряду; при η " 0,8 – узгоджений режим розряду, коли активний опір каналу дорівнює хвильовому опору розрядного кола; 0 < η < 0,8 відповідає коливальному режиму розряду, який містить від 8 до 10 періодів коливань розрядного струму.

До цього часу в обладнанні для ЕГІО апріорі застосовувався узгоджений режим розряду, який характеризується найвищим електричним ККД. Але аналіз співвідношень (1) свідчить, що рівень тиску при η " 0,8 досить низький і може не перевищувати кавітаційну міцність металевої рідини, яка, згідно з літературними джерелами, для більшості розплавів становить від 0,65 до 1,3 МПа. Найбільш високий рівень тиску відповідає коливальному режиму розряду, чим забезпечується при однакових енергетичних витратах розвиток інтенсивних кавітаційних процесів у розплаві.

Отримано також співвідношення, які пов'язують тиск з найбільш широко вживаним енергетичним параметром ЕГІО – накопиченою енергією одиничного розрядного імпульсу .

Проведення Фур'є-аналізу дозволило визначити спектральні характеристики імпульсу тиску Рв(t), що утворюється на розрядній стадії ЕГІО, і встановити їх залежність від режиму електричного розряду та параметрів розрядного контуру. Рис. 1 підтверджує, що спектральні характеристики імпульсу містяться в широкій частотній смузі, яка простягається від одиниць Гц до сотень кГц. Коливальний режим розряду реалізує надходження в розплав найпотужнішого полічастотного імпульсу, що дозволяє більш ефективно обробляти розплави, здійснюючи вплив на його різні структурні рівні.




Рис. 1. Спектри тиску на розрядній стадії: 1 - h1 = 0,37; 2 - h2 = 0,79; 3 - h3 = 1

Визначення впливу режиму електричного розряду на поле тиску в розплаві Рр(t) та динаміку пульсацій газових включень проведено шляхом математичного моделювання. Процес поширення пружніх збурень в хвилеводній системі описано за допомогою хвильового рівняння в переміщеннях для стрижня, рух