» » Вязкость жидкого металла
23.04.2015

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
Вязкость жидкого металла

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
Вязкость жидкого металла

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
Вязкость жидкого металла

По Рейнольдсу, при динамически однородных условиях течения произведение скорости на диаметр потока, деленное на кинематическую вязкость, есть величина постоянная
Вязкость жидкого металла

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.