Влияние реверсных режимов МГД-перемешивания на структуру кристаллизующегося алюминиевого сплава
Автор: Денисов Сергей Анатольевич, Долгих Вениамин Михайлович, Хрипченко Станислав Юрьевич, Шестаков Александр Владимирович, Сираев Рамиль Рифгатович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
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.
Мгд-перемешивание, цилиндрический тигель, бегущее и вращающееся магнитные поля, реверсный режим, кристаллическая структура слитка, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143168900
IDR: 143168900 | УДК: 539.3 | DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.3.22
The effect of reverse MHD stirring regimes on the structure of a crystallizing aluminum alloy
The effect of reverse MHD stirring regimes on the ingot structure and the hydrodynamics processes occurred during the crystallization of the aluminum alloy Ak7 in a cylindrical crucible was studied both experimentally and numerically. Physical experiments showed that with increasing intensity of the rotating magnetic field generating the toroidal flow of the metal the size of grains in the crystallized ingot decreases. The functional relation exhibiting a pronounced extremum between the grain size in the ingot structure and the reverse period of the rotating magnetic field was determined. Addition of the poloidal flow first causes the grain size to increase, but then this effect decreases because of the increased velocity of the poloidal flow. It was found that the relation between the grain size and the ingot hardness is rather weak. Hydrodynamic parameters that influence the ingot structure in the reverse MHD stirring regime were determined through numerical simulations. Analysis of the results indicates that the reversals have a strong effect on heat and mass transfer processes. In the range of 2 to 5 C, the energy of the vertical flow increases sharply, whereas in the experimentally studied period of reverse pulsations of the rotating magnetic field it decreases in monotone way. As this period increases, the kinetic energy of large-scale flows and the energy of turbulent pulsations increase monotonically.
Список литературы Влияние реверсных режимов МГД-перемешивания на структуру кристаллизующегося алюминиевого сплава
- 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.
- Борисов В.Г. Технология производства фасонных изделий из алюминиевых сплавов методом тиксоформовки. Проблемы и решения // Технология легких сплавов. 2016. № 2. С. 71-79.
- 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.
- 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.
- Dardik I., Kapusta A., Mikhailovich B., Golbraikh E., Lesin S., Branover H. US Patent No. WO/2004/058433 16 December 2002.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
