Влияние реверсных режимов МГД-перемешивания на структуру кристаллизующегося алюминиевого сплава

  • Сергей Анатольевич Денисов Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Вениамин Михайлович Долгих Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Станислав Юрьевич Хрипченко Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Александр Владимирович Шестаков Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Рамиль Рифгатович Сираев Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Ключевые слова: МГД-перемешивание, цилиндрический тигель, бегущее и вращающееся магнитные поля, реверсный режим, кристаллическая структура слитка, численное моделирование

Аннотация

Экспериментально и численно исследовалось влияние реверсных режимов МГД-перемешивания на структуру слитка и гидродинамические процессы при кристаллизации алюминиевого сплава АК7 в цилиндрическом тигле. В результате физических экспериментов выявлено, что с ростом интенсивности вращающегося магнитного поля, вызывающего тороидальное течение металла, уменьшается размер зерна в закристаллизовавшемся слитке. Обнаружена функциональная зависимость с выраженным экстремумом между величиной зерна в структуре слитка и периодом реверсных переключений вращающегося магнитного поля. Добавление бегущего магнитного поля сначала приводит к укрупнению зерна, но с увеличением скорости полоидального течения эффект снижается. Выяснилось, что связь между размером зерна и твёрдостью слитка слабая. Для определения гидродинамических параметров, влияющих на структуру слитка в реверсном режиме МГД-перемешивания, проведено численное моделирование. Установлено существенное влияние на процессы массопереноса колебаний гидродинамических полей вследствие реверсных переключений. Энергия вертикального течения резко возрастает в интервале периода от 2 до 5 с, но в экспериментально рассмотренном интервале периода реверсных пульсаций вращающегося магнитного поля эта энергия монотонно уменьшается. Плотность кинетической энергии крупномасштабных течений и энергии турбулентных пульсаций с увеличением периода монотонно возрастают.

Литература


  1. Великий А.Б., Казаков А.С., Филиппова В.П., Алексеев А.Г. Влияние электромагнитного перемешивания на структуру и химическую неоднородность сортовой непрерывнолитой заготовки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2007. № 4. С. 37-40.

  2. Борисов В.Г. Технология производства фасонных изделий из алюминиевых сплавов методом тиксоформовки. Проблемы и решения // Технология легких сплавов. 2016. № 2. С. 71-79.

  3. Хрипченко С.Ю., Никулин Л.В., Долгих В.М., Денисов С.А. Структура и свойства полученных с применением магнитогидродинамического воздействия заготовительных слитков из алюминиево-кремниевого сплава // Цветные металлы. 2014. № 6. С. 82-86.

  4. Denisov S., Dolgikh V., Khripchenko S., Kolesnichenko I., Nikulin L. The effect of traveling and rotating magnetic fields on the structure of aluminum alloy during its crystallization in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2014. Vol. 50. P. 407-422. https://doi.org/10.22364/mhd.50.4.8

  5. Dardik I., Kapusta A., Mikhailovich B., Golbraikh E., Lesin S., Branover H. US Patent No. WO/2004/058433 16 December 2002.

  6. Branover H., Golbraikh E., Kapusta A., Mikhailovich B., Dardik I., Thompson R., Lesin S., Khavkin M. On the potentialities of intensification of electromagnetic stirring of melts // Magnetohydrodynamics. 2006. Vol. 42. No. 2/3. P. 291-298.

  7. Eckert S., Nikrityuk P.A., Räbiger D., Eckert K., Gerbeth G. Efficient melt stirring using pulse sequences of a rotating magnetic field: Part I. Flow field in a liquid metal column // Metall. and Materi. Trans. B. 2007. Vol. 38. P. 977-988. https://doi.org/10.1007/s11663-007-9096-4

  8. Willers B., Eckert S., Nikrityuk P.A., Räbiger D, Dong J., Eckert K., Gerbeth G. Efficient melt stirring using pulse sequences of a rotating magnetic field: Part II. Application to solidification of Al-Si alloys // Metall. and Materi. Trans. B. 2008. Vol. 39. P. 304-316. https://doi.org/10.1007/s11663-008-9126-x

  9. Räbiger D., Eckert S., Gerbeth G., Franke S., Czarske J. Flow structures arising from melt stirring by means of modulated rotating magnetic fields // Magnetohydrodynamics. 2012. Vol. 48. No. 1. P. 213-220.

  10. Eckert S., Nikrityuk P.A., Willers B., Räbiger D., Shevchenko N., Neumann-Heyme H., Travnikov V., Odenbach S., Voigt A., Eckert K. Electromagnetic melt flow control during solidification of metallic alloys // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2013. Vol. 220. P. 123-137. https://doi.org/10.1140/epjst/e2013-01802-7

Опубликован
2019-09-30
Как цитировать
Денисов, С. А., Долгих, В. М., Хрипченко, С. Ю., Шестаков, А. В., & Сираев, Р. Р. (2019). Влияние реверсных режимов МГД-перемешивания на структуру кристаллизующегося алюминиевого сплава. Вычислительная механика сплошных сред, 12(3), 263-270. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.22
Раздел
Статьи