Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Вязкость жидкого металла является одним из основных факторов, влияющих на характер впуска и движения металла в форме.
Все действительные жидкости, как известно, обладают вязкостью, которая в виде внутреннего трения обнаруживается при изменении формы их струи. На поверхности текущей струи благодаря действию вязкости образуются пограничные слои. При спокойном (ламинарном) движении вязкой жидкости по какой-либо полости одинакового поперечного сечения, при простом скольжении слоев внешний слой жидкости. имеет свойство прилегать к внутренним стенкам полости (прилипать). Внутренние слои струи при этом скользят друг по другу со скоростью, пропорциональной расстоянию от стенок полости.
При скольжении слоев развиваются тангенциальные напряжения, определяемые выражением
где u — скорость скольжения промежуточного слоя;
у — расстояние от неподвижной стенки;
μ — величина, называемая коэффициентом трения или вязкостью.
Состояние потока вязкой жидкости характеризуется числом Рейнольдса Re, определяющим отношение сил инерции к силам вязкости, между которыми существует равновесие
где p1 и р2 — плотность;
v1 и v2 — скорость;
d1 и d2 — геометрическое подобие потока (например, диаметр или длина и т. п.);
μ1 и μ2 — вязкость.
Отношение μ/p вязкости и плотности называется кинематической вязкостью υ
По Рейнольдсу, при динамически однородных условиях течения произведение скорости на диаметр потока, деленное на кинематическую вязкость, есть величина постоянная
где Re — число Рейнольдса (безразмерное);
v — критическая скорость см/сек;
d — сечение канала;
υ — кинематическая вязкость см2/сек,
т. е. отношение сил инерции к силам трения есть величина постоянная.
Анализ равенства Рейнольдса показывает, что при течении данной жидкости (константа Re) по каналу с заданным сечением (d), критическая скорость (v) без перехода в турбулентный поток может быть более высокой, чем больше вязкость. При данной кинематичекой вязкости υ критическая скорость v может быть тем более высокой, чем меньше диаметр канала.
Если число Re невелико, то это указывает на преобладание сил трения, а если, наоборот, велико, — то на преобладание сил инерции, зависящих от массы и скорости.
При малой скорости имеется простое движение силы — ламинарное, при больших скоростях создаются усилия для беспорядочного (турбулентного) движения, при котором сплошность жидкости нарушается вследствие завихрений.
Переход от ламинарного движения к турбулентному происходит при одном и том же числовом значении wr/υ, где w — средняя скорость; r — сечение полости, через которую проходит жидкость.
Основные положения о состоянии потока вязкой жидкости применимы для изучения движения жидкого металла в форме.
Вязкость жидкого металла при литье под давлением проявляется в нем при изменениях формы струи, происходящих при касании (обтекании) металлом внутренних контуров литейной формы.
Свойство жидкости прилипать к стенке полости особенно ярко выражается у таких жидкостей, как металл, быстро теряющих свою текучесть при соприкосновении со стенкой формы и останавливающихся с образованием тонкого слоя.
Практическое значение выражения Рейнольдса применительно к литью под давлением заключается в том, что критическая скорость может быть несколько повышена без опасности перехода движения в турбулентное при понижении температуры заливаемого сплава (при которой соответственно увеличится вязкость). При этом даже при некотором уменьшении сечения впускных литников можно избежать завихрений.
Увеличение вязкости металла вызывает трение в литниковых каналах и приводит к преобразованию кинетической энергии в тепло, что повышает жидкотекучесть металла.
Если за поперечное сечение канала d считать сечение рабочей полости формы, то при всяком его уменьшении создаются более благоприятные условия для уменьшения завихрений.
Это объясняется тем, что завихрения гасятся в полостях малого сечения при тесном контакте со стенками формы.