LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления

пара в ней равно давлению воды в струе. Температура пара линейно изменяется от значения температуры капли Тр на границе раздела “пар - жидкий металл” до 1000С на внешней поверхности оболочки. Расстояние от форсунок до зоны распыления мало, и скорость потока воды, воздействующего на струю расплава, равна скорости истечения на срезе форсунок. Пар в оболочке является идеальным газом. Также при изучении процесса диспергирования расплавов потоком жидкости принимается допущение о том, что капли, образующиеся после каждого акта дробления, имеют форму шара. Общий объем образовавшихся капель будет равен объему капли, в результате деления которой они образовались. Увеличение численных показателей критерия Вебера характеризует переход одного механизма деления в другой – от деления на 2…4 капли к делению по механизму взрыва на 10…20 капель.

Для определения минимального размера капли, способной к делению в процессе диспергирования расплава металла водой высокого давления, следовали следующей последовательности действий:

Рассчитывали значение критерия Вебера:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где ρэ – плотность энергоносителя при реализующемся механизме кипения воды на поверхности капли; ω – скорость потока жидкости, которая движется из форсунки; dk – начальный размер капли, которая делится; σm – поверхностное натяжение металлического расплава.

Скорость потока жидкости зависит от давления на срезе форсунки и плотности жидкости:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где K – коэффициент, значение которого определяется типом используемой форсунки; Р – давление воды; ρв – плотность воды.

Далее необходимо определить время критической деформации капли и сопоставить его со временем охлаждения капли.

Время деформации капли определяется как:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где ρм – плотность расплавленного металла; ρп – плотность пара.

Время охлаждения жидкой капли расплавленного металла определяется из:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где См – теплоёмкость металла; α – коэффициент теплоотдачи, который имеет определенное значение при различных механизмах кипения; tм – температура металла при распылении; tэ – температура энергоносителя; tпл – температура плавления металла.

Температура энергоносителя рассчитывается с учетом температуры распыления:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где tр – температура распыления (теоретически равна температуре металла при распылении).

Необходимым условием дробления капли является сохранение ее жидкотекучести на протяжении всего времени дробления, то есть время критической деформации капли должно быть меньше времени ее охлаждения до точки плавления. Если τохл < τдеф, то необходима более высокая температура нагрева расплава для обеспечения возможности дробления капель.

Таким образом, если τохл > τдеф, то капля металла еще делится, если же τохл < τдеф, то капля металла затвердевает, а размер данной капли будет являться минимальным при данных условиях распыления. Под размером капли имеется в виду ее диаметр.

Исходя из равенства объемов капли, которая делится, и образующихся из нее сферических капель, находим объем вновь образовавшихся капель:

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где R1 – радиус капли, которая делится; n – число капель, принимается равным либо 3 либо 10 в зависимости от механизма деления (характеризуемого критерием Вебера).

Зная объем новых капель, можно рассчитать их диаметр

Прогнозирование свойств распыленных порошков сплавов с различной температурой плавления,

где V2 – объем капель, образовавшихся в результате деления.

В соответствии с указанным выше подходом выполнена количественная оценка процесса дробления капель расплавов алюминия и меди и минимального размера капель, которые могут испытывать акты деления при распылении водой в широком диапазоне давлений и температур расплавов. Для проверки полученных данных были проведены экспериментальные исследования распыления с различными параметрами. Для изучения влияния каждого из выбранных параметров распыления расплава (давление и температура) на фракционный состав при диспергировании варьировали только один из контролируемых параметров при фиксированных значениях второго.

Температуру алюминиевого расплава при распылении изменяли в интервале 760…11000С для разных партий, давление энергоносителя изменяли в пределах от 5 до 11 МПа. Температура медного расплава при распылении составляла 1300…14500С для разных партий, а давление энергоносителя – 7…15 МПа.

Гранулометрический состав порошков определяли с использованием метода ситового анализа. Обработка результатов выполнена с применением пакетов прикладных программ.

Полученные в процессе описанных выше вычислительных операций результаты заносили в таблицы с целью их систематизации. Пример результатов подобных расчетов для алюминиевого сплава типа АД33, распыленного при давлении воды 8 МПа, приведен в таблице 1. Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением температуры количество возможных актов деления увеличивается от одного (7250С) до 5 (10750С), а критический размер капли, которая не успевает разделиться до кристаллизации, снижается примерно в 20 раз - от 464 до 21,5 мкм (аналогичные результаты получены для меди). Значит, можно ожидать возрастания дисперсности частиц порошков при повышении температуры расплава перед распылением.

Таблица 1 - Результаты расчетов количества актов деления и критических размеров капли в зависимости от температуры