Затвердевание металла в начале канала

Условия заполнения формы.

Затвердевание металла в конце канала.

При заливке песчаной формы для пробы на жидкотекучесть нормальным жидким металлом остановка его течения происходит в результате возникновения достаточно прочной корке на конце струи.

Эта корка становится как бы пробкой, приостанавливающий движение металла. Можно предполагать, что при заливке той же пробы аномальным жидким металлом остановка струи происходит в результате частичного или полного затвердевания концевой ее части, которая протекает в радиальном направлении. Это можно объяснить ламинарностью течения, что связано с повышенной вязкостью жидкости.

Если говорить о жидкотекучести металлической суспензии, то из выведенного ранее уравнения:

выразим l

Рассмотрим движение струи металла в цилиндрической пробе, предполагаем, что остановка его течения произойдет при достижении температуры концевой части пробы Т_ср=Т_ост

 

Напишем уравнение теплового баланса для выделенного элементарного объема жидкости dz. В этот объем за 1 секунду будет внесено через плоскость с координатой Z количества тепла:

q₁=πR²CγT_срV_ср

Одновременно этот объем отдаст тепло через плоскость с координатой z+dz

q₂=πR²Cγ(T_ср-dT_cр) V_ср

Через часть поверхности металл – форма, ограничивающую рассматриваемый элемент.

dq₃=α_ср(T_ср-T₁)2πRdz

 

Таким образом, для установившегося движения уравнение теплового баланса имеет вид:

q₁= q₂+ dq₃ или

πR²CγT_срV_ср= πR²Cγ(T_ср-dT_cр) V_ср+ α_ср(T_ср-T₁)2πRdz

γ – удельный вес жидкости

Т₁ – начальная температура формы

Тогда окончательный вид дифференциального уравнения:

-RCγV_срdT_ср=2α_ср(Т_ср-Т₁)dz

Интегрируя уравнение и учитывая граничные условия Т_ср=Т₀ при z=0 получим:

Из формулы видно, что длина струи пропорциональна средней скорости V_ср..

Для хорошего заполнения формы твердо – жидким расплавом необходимо принять повышенное давление. Чем больше η, тем больше должно быть давление для сохранения постоянного значения V_ср..

Затвердевание металла в начале канала.

Другим предположением о причине остановке струи металла может быть следующее. При заливке аномального жидкого металла периферийные зоны струи в своем движении резко отстают от центральных, поэтому на конце струи всегда имеется расплав почти при той же температуре, что и в центральной зоне в начальной струе. Схему заполнения начала металлом можно представить в таком виде.

 

Центральный поток опережает периферийный, на конце струи этот поток раздваивается и заполняет периферийные зоны полости формы.

В этом случае затвердевание струи будет происходить по схеме, представленного следующими рисунками:

 

Остановка потока произойдет в связи с затвердеванием потока в начале канала.

Исходным уравнением для расчета жидкотекучести может служить уравнение гидравлики

где: H₁ – гидравлический напор

Р-Р_к – разность давлений на жидкий металл в чаше и на конце струи.

γ – удельный вес металла

V_к – скорость заполнения

ξ – коэффициент сопротивления истечения

- гидравлические потери напора на трение

V – средняя скорость в канале переменного сечения, радиусом r

L – переменная длина струи

Из уравнения сплошности