РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методология исследований была направлена на изучение физической сущности воздействия ЭГИО на металл и выбор оптимальных параметров обработки. С этой целью при варьировании схем и параметров ЭГИО исследовали характер структурных изменений в металле и его свойства.
2.1. Технологические схемы электрогидроимпульсной обработки и оборудование для проведения исследований
Известно два варианта физического воздействия на расплав:
- обработка расплава в плавильном агрегате или в ковше;
- обработка кристаллизующегося металла в технологических емкостях, формирующих деталь или полуфабрикат.
С учетом накопленного ИИПТ НАН Украины опыта ЭГИО сплавов на основе железа можно обрабатывать металл по обоим вариантам, при многообразии схем воздействия.
В данной работе для оценки возможностей использования ЭГИО и ее эффективности при производстве алюминиевых сплавов были выбраны схемы, наиболее приемлемые по технологическим соображениям:
а) обработка расплавленного металла в ковше погружаемым волноводом ЭРГУК (рис. 2.1, а);
б) обработка в ковше при воздействии на расплавленный металл через боковую стенку ковша (рис. 2.1, б);
в) воздействие на металл отливки через боковую стенку кокиля (рис. 2.1 в).
СХЕМА А
а
СХЕМА Б
б
СХЕМА В
в
Рис.2.1 Схемы электрогидроимпульсной обработки металла:
а - обработка расплавленного металла в ковше погружаемым волноводом;
б - обработка в ковше при воздействии на расплавленный металл через боковую стенку ковша;
в - воздействие на металл через боковую стенку кокиля
В соответствии с первыми двумя схемами сначала производится ЭГИО расплавленного металла, затем его заливка в форму, по третьей схеме ЭГИО осуществляется после заливки металла в форму.
Для реализации этих схем в лабораторных условиях были разработаны и изготовлены два стенда. Стенд для ЭГИО расплава в ковше представляет собой сварную раму из проката стандартного профиля. В направляющих рамы установлен кронштейн с вибратором. Кронштейн снабжен траверсой с изолированной проушиной для перемещения ЭРГУК кран-балкой в вертикальной плоскости. Присоединение ЭРГУК к кронштейну осуществляется с помощью двух опорных узлов через амортизирующие прокладки. Габариты технологической части стенда (длина х ширина х высота) 1,5 х 0,8 х 2,1 м, масса 350 кг.
Конструктивно (рис.2.2) ЭРГУК для ЭГИО расплава выполнен в виде корпуса из нержавеющей стали, верхняя часть которого представляет собой полусферу, нижняя - цилиндр, оканчивающийся наружной резьбой для присоединения (при помощи накидной гайки) мембраны. Размеры камеры - диаметр 0,08 м, высота - 0,12 м. Рабочий объем камеры 0,5 л. Толщина мембраны от 0,8 до 1,8 мм. В верхней части камеры закреплен положительный электрод, который при необходимости можно перемещать в осевом направлении для установки рабочего промежутка между стержнем и мембраной. Для подачи высокого напряжения ЭРГУК соединяется с электрооборудованием: "+" подводится к стержню электрода высоковольтным кабелем, а "-" подведен к корпусу ЭРГУК.
При обработке по схеме А (рис. 2.1, а) на мембране закреплен волновод, форма которого может быть различной [80,81]. В нашем случае волновод представлял собой металлический стержень и прикреплялся к мембране с помощью сварки. Диаметр волновода от 40 до 80 мм. Длина волновода от 125 до 200 мм.
Рис. 2.2. Схема лабораторной установки ЭГИО:
1 - электрод;
2 - разрядная камера;
3 - генератор импульсов тока;
4 - мембрана;
5 - волновод;
6 - ковш.
При обработке по схемам Б и В (рис.2.1, б, в) воздействие на расплав и кристаллизующийся металл осуществляется через мембрану.
Для реализации этих схем обработки изготовлен стенд в виде основания, на котором установлены ЭРГУК, ковш с расплавом или кокиль с кристаллизующимся металлом. Прижатие мембраны к ковшу или кокилю осуществляется с помощью винтовой пары до устранения зазора между ними, при этом чистота поверхности ковша (кокиля) не учитывалась.
При обработке по всем трем схемам расплав разливали в кокиль для возможности сравнения результатов эксперимента.
2.2. Исследуемые материалы
2.2.1. Модельный сплав. Для изучения эффективности схем ЭГИО (см. разд. 2.1) на качество металла в лабораторных условиях целесообразно было использовать модельный сплав, который, сочетая такие свойства, как низкая температура плавления и простота механической обработки, позволил бы при наименьших затратах провести большой объем экспериментов. Этим требованиям отвечает сплав Розе (ТУ 6 - 09 - 4065 - 88). Химический состав: Bi - 53 %, Pb - 32 %, Sn - 15%, температура плавления 96?С. Для оценки структурного состояния сплава была использована диаграмма Pb - Bi [82] при добавке 10 % Sn, так как тройную диаграмму сплава Розе найти не удалось. Такое допущение вполне приемлемо ввиду того, что количество Sn (10 %) для известной диаграммы [82] незначительно отличается от его содержания в использованном модельном сплаве (15 %).
Как видно из диаграммы (рис. 2.3), сплав с 53 % Bi близок к эвтектическому составу. Это обусловливает как самую низкую температуру кристаллизации (96 0С), так и ее постоянство. Последнее обстоятельство поз