Распределение микрочастиц диборида титана, введенных в алюминиевый слиток при помощи МГД-перемешивания кристаллизующегося расплава

Авторы

  • Cтанислав Юрьевич Хрипченко Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Вениамин Михайлович Долгих Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Рамиль Рифгатович Сираев Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.34

Ключевые слова:

МГД-перемешивание, численный эксперимент, алюмокомпозит, микрочастицы, распределение частиц, физический эксперимент

Аннотация

Рассматривается способ введения армирующих микрочастиц диборида титана TiB2 (1–5 мкм) в расплав алюминия А0 путем воздействия на жидкий металл вращающимся и бегущим магнитными полями. В этих условиях при помощи численного моделирования исследуется поведение макро- и микрочастиц в тигле с жидким алюминием. Математическая и численная модели предусматривают решение нескольких подзадач: расчет электромагнитного поля МГД-перемешивателя и лоренцевых сил в тигле с жидким металлом; изучение движения жидкого алюминия в тигле, вызванного лоренцевыми силами, определение формы свободной поверхности расплава, формирующейся при его вращении; нахождение траекторий движения и распределения в объеме металла макро- и микрочастиц. Приводится описание и результаты серии физических экспериментов по внедрению микрочастиц TiB2 в жидкий алюминий с его последующей направленной кристаллизацией при непрерывном МГД-перемешивании, производимом бегущим и вращающимся магнитными полями. В экспериментах опробовано два варианта ввода микрочастиц в жидкий алюминий. В первом варианте армирующие частицы вносились в жидкий металл в составе таблеток, спрессованных в смеси с микрочастицами алюминия, во втором – микрочастицы изначально располагались на дне и прикрывались алюминиевой пластиной, затем в тигель заливался алюминий. Анализ физических характеристик полученного материала слитков и результатов исследования его на оптическом и электронном микроскопах показал, что распределение микрочастиц в ядре слитков близко к равномерному и качественно согласуется с результатами численных экспериментов.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.
Поддерживающие организации
Работа выполнена в соответствии с госбюджетным планом AAAA-A19-119012290101-5 ИМСС УрО РАН (разделы 1, 2), а также при поддержке РФФИ и Пермского края (проект № 19-48-590001 р_а (разделы 3, 4).

Библиографические ссылки

Borisov V.G., Kazakov А.А. New method for synthesis of metal matrix composites // Proc. of the ALUMITECH’97, Atlanta, GA, USA, May 19-23, 1997. P. 191-203.

Косников Г.А., Борисов В.Г. Перспективные направления создания металломатричных литейных и деформируемых композиционных материалов нового поколения // Литейное производство сегодня и завтра: материалы 8-й Всероссийской научно-практической конференции. Санкт-Петербург, 23-25 мая 2010 г. СПб.: СПбПУ, 2010. С. 64 75.

Borisov V. Aluminum-dased cmposite billets produced by plasma injectin and thixocasting // Light Metal Age. 2017. April. P. 48-51.

Gelfgat Yu., Skopis M., Grabis J. Electromagnetically driven vortex flow to introduce small solid particles into liquid metal // Magnetohydrodynamics. 2005. Vol. 41. P. 249-254.

Алимова О.Т., Гришанова М.С., Минаев А.А. Патент РФ № 117439 от 16.03.2012 г.

Серебряков С.П., Ларионов А.Я., Изотов В.А., Зимина М.Н. Патент РФ № 2348719 С2 от 20.11.2006 г.

Борисов В.Г., Юдаков А.А., Хрипченко С.Ю., Денисов С.А., Зайцев В.Н. Патент РФ № 2144573 от 27.06.1995 г.

Bojarevics V., Djambazov G.S., Pericleous K.A. Contactless ultrasound generation in a crucible // Metall. Mater. Trans. A. 2015. Vol. 46. P. 2884-2892. https://doi.org/10.1007/s11661-015-2824-5

Grants I., Gerbeth G., Bojarevičs A. Contactless magnetic excitation of acoustic cavitation in liquid metals // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 117. 204901. https://doi.org/10.1063/1.4921164

Бродова И.Г., Уймин М.А., Астафьев В.В., Котенков П.В., Попова Э.А., Яблонских Т.И. Синтез алюминиевых композитов с наноразмерными частицами карбида и борида титана // ПОМ. 2013. Т. 3, № 2. С. 91-94.

Kaldre I., Bojarevics A. Electromagnetic contactless method for metal matrix composite production // Magnetohydrodynamics. 2020. Vol. 56. P. 325-331. https://doi.org/10.22364/mhd.56.2-3.24

Ворожцов А.Б., Данилов П.А., Жуков И.А., Хмелева М.Г., Платов В.В., Валихов В.Д. Влияние внешних воздействий на расплав и неметаллических наночастиц на структуру и механические характеристики легких сплавов на основе алюминия и магния // Вестн. Томск. гос. ун-та. Матем. и мех. 2020. № 64. C. 91-105. https://doi.org/10.17223/19988621/64/7

Khripchenko S., Dolgikh V., Kiselkov D. Experiment on Injection of SIC and BN Nanoparticles into liquid aluminum using MHD stirring with subsequent crystallization of the melt // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 1945. 012017. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1945/1/012017

Khripchenko S.Yu., Siraev R.R. Influence of toroidal MHD stirring on liquid metal crystallization front motion and heat transfer in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2019. Vol. 55. P. 447-454. https://doi.org/10.22364/mhd.55.4.6

Grants I., Räbiger D., Vogt T., Eckert S., Gerbeth G. Application of magnetically driven tornado-like vortex for stirring floating particles into liquid metal // Magnetohydrodynamics. 2015. Vol. 51. P. 419-424.

Cramer A., Pal J., Gerbeth G. Experimental investigation of a flow driven by a combination of a rotating and a traveling magnetic field // Phys. Fluids. 2007. Vol. 19. 118109. https://doi.org/10.1063/1.2801407

Timofeev V., Khatsayuk M. Design fundamentals for MHD stirrers for molten metals // Magnetohydrodynamics. 2016. Vol. 52. P. 495-506.

Хрипченко С.Ю., Долгих В.М., Денисов С.А., Колесниченко И.В., Никулин Л.В. Формирование структуры и свойств алюминиевых слитков в условиях магнитогидродинамического воздействия // Цветные металлы. 2013. № 4. C. 70 73.

Brackbill J.U., Kothe D.B., Zemach C. Continuum method for modelling surface tension // J. Comput. Phys. 1992. Vol. 100. P. 335-354. https://doi.org/10.1016/0021-9991(92)90240-Y

Timofeev V., Pervukhin M., Vinter E., Sergeev N. Behavior of non-conducting particles in molten aluminium cast into electromagnetic molds // Magnetohydrodynamics. 2020. Vol. 56. P. 459-472. https://doi.org/10.22364/mhd.56.4.10

Schiller L., Naumann A. Uber die grundlegenden Berechnungen bei der Schwerkraftaufbereitung // Z. Ver. Dent. Ing. 1933. Bd. 77. P. 318-320.

Siraev R.R., Khripchenko S.Yu. MHD stirring of liquid metal in crucibles with circular and square cross sections under rotating magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2018. Vol. 54. P. 277-286. https://doi.org/10.22364/mhd.54.3.7

Siraev R.R., Khripchenko S.Yu. Liquid metal exposed to rotating and travelling magnetic fields in crucibles with circular and square cross-sections // Magnetohydrodynamics. 2018. Vol. 54. P. 287-297. https://doi.org/10.22364/mhd.54.3.8

Загрузки

Опубликован

2023-01-12

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Хрипченко C. Ю., Долгих, В. М., & Сираев, Р. Р. (2023). Распределение микрочастиц диборида титана, введенных в алюминиевый слиток при помощи МГД-перемешивания кристаллизующегося расплава. Вычислительная механика сплошных сред, 15(4), 438-448. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.34