ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 530.1, 621.74
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-1-40-47
Аннотация
В статье описана реализованная на практике физическая задача, связанная с кристаллизацией расплава эвтектического силумина (АК12М2Мг) в переменном неоднородном магнитном поле, генерируемом соленоидальным коротким индуктором. Экспериментально установлено, что при действии на кристаллизующийся расплав любого вида магнитных полей последние изменяют термодинамические и кинетические параметры, описывающие процесс зародышеобразования и их рост при кристаллизации. Результаты исследований показали, что неоднородные магнитные поля существенно диспергируют кремний по объему закристаллизованного слитка. Важную роль в этом играют процессы диффузии и конвекции в кристаллизующемся расплаве эвтектического силумина. Для более глубокого понимания механизмов развития процессов диффузии и конвекции кристаллизующегося расплава эвтектического силумина в переменном неоднородном магнитном поле разработана комплексная математическая модель, которая включает в себя уравнения диффузии, учитывающие концентрационные, термические и полевые потоки избыточного кремния, а также уравнения теплопроводности, уравнения магнитной гидродинамики и электромагнитные уравнения Максвелла. Представлено решение одного уравнения диффузии из системы диффузионных уравнений, обусловленного избыточным кремнием на границе кристалл-расплав. Данное решение позволило рассчитать скорость роста пластин кремния и их толщину.
Ключевые слова
силумин, диффузия, неоднородное переменное магнитное поле, кремний, математическая модель, диффузионные потоки кремния, микроструктура.
Для цитирования
Математическое моделирование процессов тепломассопереноса кремния при кристаллизации расплава эвтектического силумина в неоднородном переменном магнитном поле / Дубский Г.А., Мишенева Н.И., Долгушин Д.М., Нефедьев А.А., Мавринский В.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №1. С. 40-47. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-1-40-47
1. Вдовин К.Н., Дубский Г.А., Егорова Л.Г. Влияние магнитного поля на процесс кристаллизации алюминиевых расплавов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2018. № 2. С. 34-42. DOI: 10.17073/0021-3438-2018-2-34-42. EDN YWSJUD.
2. Влияние импульсного магнитного поля при кристаллизации алюминиевых сплавов на физические свойства / К. Н. Вдовин, Г. А. Дубский, В. Б. Деев [и др.] // Металлург. 2019. № 10. С. 69-75. EDN LNOTVU.
3. Воздействие импульсного магнитного поля на расплав парамагнитного металла при кристаллизации / Д.М. Долгушин, Г.А. Дубский, А.А. Нефедьев [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. Т. 16, № 3. С. 57-66. DOI: 10.18503/1995-2732-2018-16-3-57-66. EDN TBZOTO.
4. Термодинамика и кинетика кристаллизации алюминиевых сплавов в постоянном магнитном поле / М.Б. Аркулис, Г.А. Дубский, Д.М. Долгушин, Н.И. Мишенева // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т. 19, № 1. С. 29-34. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-1-29-34. EDN VKQTSX.
5. Способ диспергирования кремния в расплаве силумина, кристаллизующегося в неоднородном магнитном поле / Г.А. Дубский, Н.И. Мишенева, Д.М. Долгушин [и др.] // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. 2025. Т. 17, № 2. С. 82-90. DOI: 10.14529/mmph250209. EDN ILXTPG.
6. Диффузионные процессы в металлах: сборник статей / М-во высш. и сред. спец. образования РСФСР; Тульск. политехн. ин-т. Тула: Изд-во Тульск. политехн. ин-та, 1973.
7. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. М.: Металлургия, 1995. 272 с.
8. Дибро И.А. Состояние и перспективы развития производства отливок из алюминиевых сплавов в России // Литейщик России. 2007. № 5. С. 28-29. EDN HZRMOJ.
9. Заббаров Р., Бибиков А.М., Живодеров В.М. Структурные изменения и свойства алюминиевых сплавов, обработанных магнитным полем // Металлургия машиностроения. 2009. № 6. С. 25-27. EDN LABAZH.
10. Ловцов Д.П. Перспективные технологические методы управления качеством отливок // Литейщик России. 2004. № 6. С. 8-10.
11. The Role of Dendrite Arm Spacing in Fatigue of Aluminum Castings / W. Chen [et al.] // Advances in Aluminum Casting Technology. Materials Park : ASM International, 1998.
12. Thévoz P., Desbiolles J.L. & Rappaz M. Modeling of equiaxed microstructure formation in casting // Metall Trans A 20, 1989. 311–322. https://doi.org/10.1007/BF02670257