facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ТЕХНИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТОНКИХ ПОТОКОВ МЕТАЛЛА

         ТЕХНИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТОНКИХ ПОТОКОВ МЕТАЛЛА
Aleksander Vykhodets, кандидат технических наук, доцент

Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова , Украина

Участник конференции

The article deals with some of the speed problem Studenaya thin threads section of 5-10 mm on the basis of the equation of convective diffusion for the iron melt when actiunii between T1 >T2

Keywords: diffusion , management, metal thread ,  melt   result of  equation experiment

В статье автор рассматривает некоторые проблемы  скорости затведевания тонких потоков сечением 5-10 мм2    на основании полученного уравнения конвективной диффузии для железоуглеродистого расплава при остывнии в промежутке  T1>T2

Ключевые слова: диффузия, менеджмент, металл  поток, расплав, результат, уравнение,  эксперимент

 

Постановка проблемы состоит в развитии методов исслдедования скорости процесс а атвердевания тонких потоков расплава метала.

Актуальность работы есть возможность проанализировать порость затвердевания металла в тонких потоках.

Целью статьи является  определение скорости затвердевания тонкого до 10 мм2  в сечении железоуглеродистого расплава при использовании уравнения конвективной диффузии.

Обзор прежних исследований. Современная научно-техническая революція отличается тем,что охватывает всю науку и всю технику в целом. Изменения в одних отраслях знаний физикой, химией, математикой. Создается единая область знаний в системе компьютерных возможнотей мделирования и расчетов последовательно вызывают изменения в других отраслях знаний, происходит взаимное обогащение наук. Укріпляються святи между техникой и фундаменталдьными науками – многофункциональных систем. При этом, расширяется круг технических прикладних  дисциплін, сокращаются сроки внедрения научных изобретений и разработок.

Улучшение технической оснащенности производства сопровождается ростом теоретических и организационных знаний [1]. Научные и технические знания только тогда повышают производительность труда, корда персонал имеет соответствующую высокуб квалификацию.

Создание новой техники неразвывно связано с повышением качества металла. До недавнего времени основным таким матеріалом служили железоуглеродистые сплавы – сталь и чугун. Последние десятилетия в качестве конструкционных материалов. Широко используются пластмассы и композитне материалы  [2].

Все шире и шире, в качестве легирующих добавок (иногда и сплавов на основе бинарный и тройных систем с редкоземельными химическими элементами) применяются иттрий, неодим, самарий, скандий, бериллий, ниобий, гадолиний, тантал, цирконий, церий, рений, галлий, индий и другие, которые образуют интерметаллические соединения, обладающие повышенными физическим, химическими и эксплуатационными свойствами.Эти требования определяются растущей сложностью мшин, повышением их надежности, долговечности и производительности при непременном повышении кочества продукции. Последовательное использование дострижений науки коренным образом менует характер производства, позволяет повысить производительность труда, уменшить себестоимость продукции, снизить брак, точно и в узком диапазоне выдержить характеристики изделий, улучить условия труда, уменшить количество обслуживающего персонала,повысить культуру производства

В настоящее время значительная часть металлоизделий изготавливается напрямую из жидкого метала, так как данное агрегатное состояние дает возможность формировать детали практически любой формы и размеров. До сих пор это была прерогатива литьяво всем многообразии технологических методов. Однако, теперь эта область расширяется за счет применения 3D-принтеров.В основе такого способа лежит технология получения детали в определенной форме при использовании программирования и компьютерной техники.Это ставит новые задачи перед упроавлением процессом кристаллизации тонких сечений.

Кристаллизация - это процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое.Этот процесс состоит из а)образования центров кристаллизации и б)роста кристаллов из этих центров. Сначало кристаллы свободны в маточном расплаве, но затем они начинают соприкасатся друг с другом и деформируются.Чем выше скорость кристаллизации,тем больше давление,больше деформация первичных кристаллов и мельче зерно в твердом состоянии.

Таким образом, в потоке тонких сечений металла следует обеспечить, с одной стороны, а) скорость прохождения потока через сечение минимального расхода, что обеспечивает экономию материала; б) достигнуть такой скорости кристаллизации при которой будет оптимальной и заданной величина зерна в твердом состоянии.

Решение задачи осложняется тем, что современные технические расплавы металлов представляют собой многокомпонентные системы,отдельные части которых имеют различную температуру затвердевания (кристаллизации).    

Таким образом, решить сложнейшую задачу о кристаллизации тонких потоков металла, можно только на основе новых методов исследования. Одним из таких методов является технический менеджмент, который рассматривает управление исследованием чернез детализацию совокупности принципов, методов и средств управления с целью повышения эффектьивности процесса исследования, уменьшения технологического времени,достижения новых научных результатов.

Элементы технического менеджмента. Для того,чтобы в рамках технического менеджмента управлять процессом кристаллизации тонкого потока металла, необходимо владеть знаниями физико-химическолй гидродинамики в совокупности с методами и возможностями математического аппарата.

Как известно, наиболее достоверные данные достигаются на стыке наук,если стыки являются достаточнор обнаженными.В нашем случае, решение можно искать на стыке кристаллофизики и гидродинамики.

Изложение основного материала исследования. Технический менеджмент при решении  научных задач используется в целях усмкорения получения теоретического решения [3]и достижения максимально эффективного результата. В случае кристаллизации потока металла методом определения скорости образования и образования твердого металла по всему сечению, путем измерения скорости его образования при падении температуры до 900 С. Исходная температура расплава составляла 1500 С.

На основе технического менеджмента  [1] целесообразно принять следующий порядок шагов исследования:

1) Выбор гидравлической модели на основе рассмотрения движения расплава [4] и учета диффузии по уравнению конвективной диффузии -  найдем величину вязкого слоя, состоящего из металлокристаллов. Для случая,когда имеет место не только молдекулярная диффузия, но и перенос вещества потоком

Для определения теплового потока рассмотрим температурное поле сплава в канале, которое является трехмерным и нестационарным и которое описывается дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье. Для случая отсутствия внутренних источников тепла получим:

                                                                              (1)

где, а – коэффициент теплоотдачи

   2.   Принимая материал канала однородным, без учета теплоотдачи на межфазных поверхностях, можно предположить что скорость распространения тепла в различных направлениях будет одинаковой, тогда:

                                                                                                           (2)

         Естественными условиями решения этого уравнения второго порядка являются:

1)      τ= О                               Т = То                                  х = 0

                                                                                                                                (3)

2)      τ= τр                                          Т= Тр                                   х = δ1

 

В результате, решение получено в виде:

                                    (4)

где      α- коэффициент температуропроводности,
δ - величина русла потока.

3) Путем математических преобразования [3] получим обыкновенное дифференциальное уравнение, в которое введем ограничения: молекулярная диффузию мала по сравнению с конвективным массопереном и мала скорость движения потока.

Анализ этого уравнения приводят к заключению, что температурнаякривая является параболой n-порядка. Так как величина nявляется безразмерной, то ее можно рассматривать как критерий подобия. Известно, что ход температурной кривой определяется удельной теплоемкостью материала, коэффициентом теплоотдачи, продолжительностью теплового напора. Безразмерный критерий из этих параметров можно составить, если учесть удельный вес материала. Тогда получим:

                                                                                          (5)

Полагая, что образование твердой фазы происходит при температуре, эквивалентной интервалу кристаллизации (42), имеем

                                                                              (6)

где      σ- межфазное натяжение,

ψ- коэффициент формы углеродных включений.

Исходя из размерности скорости роста кристаллов [υкр] = см/сек, можно записать, что

                                                                                    (7)

где      а3 - линейный размер зародыша,

D-       коэффициент диффузии.

Тогда

                                                                        (8)

Решая это уравнение, получим:

Анализ этого уравнения приводят к заключению, что температурнаякривая является параболой n-порядка. Так как величина nявляется безразмерной, то ее можно рассматривать как критерий подобия. Известно, что ход температурной кривой определяется удельной теплоемкостью материала, коэффициентом теплоотдачи, продолжительностью теплового напора. Безразмерный критерий из этих параметров можно составить, если учесть удельный вес материала. Тогда получим:

                                               (9)

Полагая, что образование твердой фазы происходит при температуре, эквивалентной интервалу кристаллизации (42), имеем

                                                        (10)

где      σ- межфазное натяжение,

ψ- коэффициент формы углеродных включений.

Исходя из размерности скорости роста кристаллов [υкр] = см/сек, можно записать, что

                                                                    (11)

где      а3 - линейный размер зародыша,

D-       коэффициент диффузии.

Тогда

                                                                         (12)

Решая это уравнение, получим:

                                              (13)

 Анализ этого уравнения приводят к заключению, что температурная кривая является параболой n-порядка. Так как величина является безразмерной, то ее можно рассматривать как критерий подобия. Известно, что ход температурной кривой определяется удельной теплоемкостью материала, коэффициентом теплоотдачи, продолжительностью теплового напора. Безразмерный критерий из этих параметров можно составить, если учесть удельный вес материала.

Решая это уравнение, получим:

                                                            (14)

Таким образом, скорость кристаллизации тем больше, чем меньше температура, больше теплоотдача и меньше значение межфазного натяжения, которое определяется вязкостью.

1У.Данное уравнение подвергнуто экспериментальной проверке, при которой изучали растворимость углерода в расплаве железо-углерод.В результате построен график на рис.1, из которого 

 

следует достаточная сходимость расчетных данных с экспериментальными.

Перспективы дальнейшего использования – на основе полученного уравнения конвективной диффузии в дальнейшем можно получить  метод определения температур затвердевания для сплавов на основе редкоземельных элементов.

Литература:

1. Общий и специальный менеджмент Под ред.. Гапоненко А.Л, Панкрухина А.П. – М.,Изд.РАГС,-2001,-568 с.

2. Пригожин А.И.Нововведения:стимулы и препятствия.-М., Изд. Полит. Лит., -19889,-550 с.

3. Левич.В.Г. Физико-химическая гидолдинамика.М., Физматгиз,-1959, 640 с.

4. Выходец А.М. Уравнение конвективной диффузии для медленгного потока метала.-Изв. Вузов. Черная металургія. 1971,-№5,-С.162-165.

Комментарии: 0
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.