Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы и практика получения быстрозакаленных аморфных и панокристаллических лент методом закалки плоской струи расплава на вращающемся барабане холодильнике 9
1.1 Гидродинамика и теплофизика процесса формирования ленты 9
1.2 Физические свойства аморфизующихся расплавов 22
1.3 Качество аморфных и нанокристаллических лент 29
Глава 2. Особенности процессов переноса на межфазной границе зоны формирования ленты и рабочей поверхности барабана холодильника 44
2.1 Теплопередача на межфазной границе 44
2.2 Перенос потока импульса на межфазной границе и процесс зарождения поверхностных дефектов на ленте 60
Глава 3. Экспериментальное исследование межфазной границы 90
3.1 Исследование влияния струи расплава на рабочую поверхность барабана-холодильника 90
3.2 Исследование влияния топографических особенностей рабочей поверхности барабана-холодильника на рельеф и дефектность контактной и свободной поверхностей лент 105
Глава 4. Стационарный режим получения аморфных и нанокристаллических лент методом закалки плоской струи расплава на вращающемся барабане-холодильнике
4.1 Гидродинамическая стабилизация 118
4.2 Тепловая стабилизация 120
4.3 Контактная стабилизация 124
Глава 5. Возможности технологии спиннингования для повышения качества готовой продукции 131
5.1 Исследование физических свойств аморфизующихся расплавов системы Fe-B-Si-P 131
5.2 Технологические параметры управления процессом получения лент и дефектообразования 140
5.3 Технологические особенности получения аморфных лент из расплавов на основе Fe-B-Si-P при минимальном дефектообразовании в процессе спиннингования 144
Заключение 157
Общие выводы по работе 161
Список литературы
- Физические свойства аморфизующихся расплавов
- Перенос потока импульса на межфазной границе и процесс зарождения поверхностных дефектов на ленте
- Исследование влияния топографических особенностей рабочей поверхности барабана-холодильника на рельеф и дефектность контактной и свободной поверхностей лент
- Тепловая стабилизация
Введение к работе
Актуальность работы
Производство быстрозакаленной аморфной и нанокристаллической ленты методом спиннингования расплава на вращающийся барабан-холодильник является самостоятельной отраслью металлургии. Годовое производство ленты в мире составляет около 1 млн. тонн. Основными потребителями являются предприятия электротехнической промышленности, предприятия, изготавливающие из нее магнитопроводы для источников вторичного электропитания (трансформаторы, дроссели, и т. д.). Лента должна удовлетворять потребительским требованиям по уровню магнитных и электрических, механических и коррозионных свойств (служебные характеристики), по толщине, ширине, разнотолщинности, топографической дефектности контактной и свободной поверхностей (геометрические характеристики). Служебные свойства и геометрия определяют качество аморфных и нанокристаллических быстрозакаленных лент. Уровень служебных свойств закладывается при разработке состава сплава. Но следует учитывать, что он может быть достигнут только при получении лент определенной геометрии. Последнее связано с существенной зависимостью скорости охлаждения расплава и ленты от ее толщины и качества контактной поверхности. В дальнейшем будем понимать под качеством быстрозакаленной ленты ее геометрические характеристики (толщину, разнотолщинность, топографическую дефектность контактной и свободной поверхностей). Актуальность исследований геометрического качества обусловлена не только необходимостью знания технологических условий получения лент с заранее заданным уровнем дефектности, но и важностью разработки технологических режимов, обеспечивающих стабильное протекание процесса спиннингования. Особое значение эти вопросы имеют для российского производителя ленты, т.к. в последнее время в России вводятся в эксплуатацию новые участки промышленного и полупромышленного производства аморфной и нанокристаллическиой ленты на базе импортной техники.
Цель работы
Целью настоящей работы является определение характера и степени влияния технологических параметров и условий проведения спиннингования на геометрические характеристики получаемой ленты. Разработка технологических режимов получения быстрозакаленных лент из сплавов на основе Fe-B-Si-P с заданным уровнем дефектности и разнотолщинности лент при стабильно протекающем процессе разливки.
Научная новизна
-
На основе анализа балансовых уравнений потоков массы, импульса и тепла и гидродинамического анализа разрывов потока расплава в области его первичного контакта с поверхностью барабана-холодильника разработана модель образования геометрических дефектов на контактной поверхности быстрозакаленных лент.
-
На основе детальных микроскопических исследований с применением методик построения 3-d образов предложена модель эволюции воздушной поры в воздушные карманы при продвижении в подсопельную зону.
-
Проведено экспериментальное исследование взаимодействия струи расплава с поверхностью барабана-холодильника. Установлены характерные особенности межфазного взаимодействия на границе расплав – поверхность барабана-холодильника.
-
На основе проведенных экспериментальных исследований определены физические свойства расплавов на основе Fe-B-Si-P в широком концентрационном и температурном интервале, получены необходимые для расчетов технологических параметров значения физических свойств и температурных характеристик (вязкость, плотность, поверхностное натяжение, температура ликвидуса, температура солидуса, температура затвердевания, температура гомогенизации расплава).
Практическая значимость
-
Разработаны технологические режимы получения быстрозакаленных лент из сплавов системы Fe-B-Si-P заданной толщины и минимальным уровнем дефектности.
-
Сформулированы принципы выбора материала для изготовления барабана-холодильника и определены особенности влияния характера механической обработки его рабочей поверхности на геометрическое качество быстрозакаленных лент.
-
Апробированы технологические рекомендации при получении лент из сплавов на основе Fe-B-Si-P в условиях ампульного варианта метода спиннингования в ЦНИИЧМ им. И.П. Бардина.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:
61-я студенческая научно-техническая конференция, Москва (2006 г.);
XIII Российская конференция "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", г. Екатеринбург (2011 г.);
XVIII Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии» СТТ- 2012 г, Томск (2012 г.);
International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials (ISMANAM), Moscow (2012).
Публикации
Основное содержание диссертационной работы отражено в 4 статьях в рецензируемых научных журналах (входящих в перечень ВАК) и 5 тезисах в сборниках трудов перечисленных выше конференций.
Объем и структура работы
Физические свойства аморфизующихся расплавов
После конструирования безразмерных комплексов уравнение (1.5) и граничные условия приводились к безразмерному виду. Это необходимо для анализа уравнений и граничных условий на предмет того, какими членами можно пренебречь. Для дальнейшего проведения безразмерного анализа необходимо задать характерные значения величин, входящих в безразмерные комплексы. Здесь важно указать, что характерные значения берутся по порядку величины. Последнее важно для описания различных технологических режимов получения аморфной ленты.
Область решения разбивается на несколько областей, в которых независимо численно и аналитически решаются уравнения (1.5). Обычно это жидкая область, твердая область и фронт затвердевания (см. рис. 1.1). При этом поле скоростей и температур в соответствии с безразмерными уравнениями связаны между собой. Эта связь существует благодаря двум причинам: конвективному переносу тепла в жидкости и зависимости позиции и формы фронта затвердевания от температуры. В работах [16-51] использовалось предположение, что толщина ленты и расстояние между соплом и барабаном (зазор) пренебрежимо малы по сравнению с горизонтальным размером подсопельпой области (L » Н, 5 см. рис. 1.1). Отсюда следует, что скорость затвердевания расплава пренебрежимо мала по сравнению со скоростью вращения барабана (Уд). Для характерных значений параметров, использовавшихся в [16-51], коэффициент в левой части уравнения теплопроводности (1.5) гораздо меньше коэффициента в правой части. Было сделано предположение, что перенос тепла не зависит от переноса массы.
Анализ течения жидкости без учета затвердевания количественно описывает распределение температур, в том числе и точку на барабане, где жидкость охлаждается до температуры плавления. Вблизи этой точки направления, по которым распространяется тепло, будут равноправны, поэтому характерные значения длины и высоты также будут одинаковые. Следовательно, в этой точке уже нельзя разделять уравнения теплопроводности и уравнения движения. Однако предполагается, что эта область мала, и ее влиянием на весь процесс можно пренебречь [21]. Для более детального рассмотрения проблемы поиска начальной позиции затвердевания требуется вводить пограничный слой и решать исходную внутреннюю задачу. Также из-за кривизны фронта затвердевания необходимо будет учитывать поверхностные явления на этом фронте. Подробное рассмотрение условий, когда можно пренебречь этой областью, было описано в работах [17,19]. В другой работе [22] была рассмотрена структура пограничного слоя на фронте затвердевания и построены соответствующие профили скоростей.
Как уже было замечено ранее, толщина фронта затвердевания при идеальной теплопроводности через границу с барабаном пропорциональна квадратному корню из времени (или из координаты х, что для равномерного движения барабана одно и то же). Из этого следует, что поток тепла не распространяется в сторону уже затвердевшего металла [23]. Если рассмотреть случай постоянного потока тепла (не зависящего от температуры) через границу с барабаном, то фронт затвердевания будет иметь линейный профиль [24]. Реальный профиль фронта затвердевания должен быть между линейным и пропорциональным Vx .
В работе [25] с помощью скоростной киносъемки были произведены измерения L (длины жидкой ванны) и толщины ленты 8. Были произведены несколько экспериментов с разными скоростями вращения барабана V;i. В результате был построен график зависимости 5 от времени нахождения жидкого пакета в ванне ts = Ь/УЛ. Интерполяция этого графика дает следующую зависимость: 8 0,07ts0 8 . Также была получена зависимость для средней р + - 16 гх скорости затвердевания: К ts . Из чего следует, что закон роста твердой фазы более близок к линейному закону, чем к пропорциональному квадратному корню. Из этих же экспериментов было получено, что средняя скорость затвердевания приблизительно равна 5 см/с, что хорошо согласуется с теоретически полученным значением 5,6 см/с [16].
Закалка методом плоской струи характеризуется длинной и тонкой зоной затвердевания. В связи с этим поток жидкости в среднем перпендикулярен потоку тепла. Поэтому уравнения переноса жидкости и уравнения переноса тепла можно разделить. Длинная зона, также подразумевает медленную скорость затвердевания по сравнению со скоростью вращения барабана. Несмотря на то, что по абсолютной величине скорости затвердевания могут быть достаточно высокими, они на несколько порядков ниже, чем скорости вращения барабана [16]. Тем не менее, поток тепла оказывает влияние на поток жидкости тем, что определяет форму жидкой области.
Один из результатов, полученных в существующих подходах, основанных на решении уравнения теплопроводности - это сведение исходной задачи к обыкновенному дифференциальному уравнению для фронта затвердевания. Это уравнение допускает аналитическое решение. Из которого следует, что профиль фронта затвердевания лежит между двумя предельными случаями: линейный профиль и профиль, пропорциональный квадратному корню из времени. Экспериментальные данные, приведенные в работах [16, 25-33], в основном подтверждают такое распределение, указывая, однако, что профиль более близок к линейному.
Для нахождения толщины ленты необходимо решить уравнения, описывающие течение жидкости. В предельном случае для тонких лент толщина может быть получена как функция от АР, Уд, Н и d, т.е. от контролируемых технологических параметров. Вид функции зависит от различных ограничений, которые могут быть наложены на уравнения течения жидкости. Подходы, основанные на гидродинамических режимах формирования ленты, представлены в работах [34-40], где рассматриваются уравнение неразрывности и Навье-Стокса (1.5), которые потом упрощаются путем специального выбора элемента интегрирования объема. Здесь, как и в работах [16-18], рассматривается случай, когда динамика потока расплава и перенос тепла происходят независимо друг от друга.
Перенос потока импульса на межфазной границе и процесс зарождения поверхностных дефектов на ленте
В первую очередь, следует отметить влияние на скорость закалки толщины получаемых лент, которая обратно пропорциональна скорости движения охлаждающей подложки (при условии постоянства остальных параметров процесса) [72,87]. Чем больше толщина ленты, тем меньше скорость закалки [79,88].
На скорость закалки существенное влияние оказывает качество поверхности получаемой ленты, контактирующей с подложкой. Так же, как и при традиционных способах литья, перенос тепла из расплава в охлаждающую подложку является важнейшей характеристикой всего процесса. Эффективный перенос тепла осуществляется лишь в местах непосредственного контакта расплава и ленты с поверхностью охлаждающей подложки. А такой контакт из-за образования «воздушных карманов» на контактной поверхности лент, появление которых связывают с присутствием в расплаве различных газовых включений, быстрой усадкой и кавитацией в результате «обреза» расплава на неровностях охлаждающей подложки [89], захватом газа между поверхностью охлаждающей подложки и расплавом [90], может составлять всего лишь до 60 % от общей величины поверхности получаемой ленты. На негативное влияние наличия этих карманов на процесс теплопереноса при получении лент указано в [90]. Скорость закалки над карманом меньше, чем на участке ленты, непосредственно контактирующем с охлаждающей подложкой. Эта локальная вариация скорости охлаждения будет приводить к появлению внутренних напряжений и за счет мапштоупругого взаимодействия может, в свою очередь, влиять на магнитные свойства материала [91,92].
Исследования влияния материала подложки показали, что не всегда материал с большей теплопроводностью обеспечивает большую скорость закалки, так как определяющим фактором зачастую является не скорость отвода тепла через подложку, а перенос тепла через поверхность раздела лента -подложка, который, в свою очередь, зависит от адгезии данного расплава к подложке, от «смачиваемости» расплавом подложки. Поэтому для разных сплавов необходимо подбирать соответствующие материалы подложек, при закалке на которых обеспечивалась бы необходимая скорость закалки [93]. Существенное влияние на скорость передачи тепла оказывает обработка поверхности подложки. Оказалось, что «гладкая» поверхность не обеспечивает наилучшей передачи тепла по сравнению с шероховатой из-за образования «воздушных карманов» между расплавом и поверхностью охлаждающей подложки [90]. В связи с этим необходим выбор оптимальной шероховатости поверхности, при которой обеспечивается наилучший контакт расплава с поверхностью подложки. Таким образом, можно снизить площадь «воздушных карманов» до 20 % от общей площади поверхности ленты.
Длина (время) теплового контакта ленты с охлаждающей подложкой сильно влияет на степень релаксации аморфных лент в процессе их закалки и последующего охлаждения [76,94]. Основным фактором, определяющим длину теплового контакта, является температура поверхности подложки [76]. Длина теплового контакта увеличивается при увеличении времени опыта, ширины ленты и исходной температуры подложки, при уменьшении теплопроводности подложки и при уменьшении диаметра барабана-холодильника [95]. Если не применять специальных мер для поддержания постоянной длины теплового контакта, таких как установление дополнительных валков, применение струи газа [96] или ножей для принудительного отделения ленты от поверхности охлаждающего барабана, то длина теплового контакта будет постепенно увеличиваться вплоть до полного залипання ленты по всей окружности барабана [95]. При достаточно короткой длине теплового контакта лента может сходить с поверхности охлаждающей подложки с довольно высокой температурой, так что при дальнейшем охлаждении на воздухе будет проходить ее «самоотжиг», в результате которого лента релаксирует [76]. «Самоотжиг» лент с короткой длиной теплового контакта уменьшает скорость релаксации напряжений. Увеличение длины теплового контаїсга приводит к увеличению пластичности материала, и поэтому для получения пластичных лепт необходимо, чтобы длина теплового контакта поддерживалась достаточно большой [76,97].
В работах [98,99] исследовано влияние длины теплового контакта на коэрцитивную силу аморфных лент Co58NiioFe5SiiiBi6. Для малых времен контакта Ыс понижается с повышением времени теплового контакта, для больших значений времени контакта коэрцитивная сила повышается. Аналогичное изменение Нс наблюдали в [100,101]. Наличие минимума Нс объясняется отжигом ленты на воздухе после схода с поверхности охлаждающего барабана. При малых временах контакта температура ленты в момент съема может быть столь большой, что в течение последующего медленного охлаждения на воздухе образуются микрокристаллы, ведущие к повышению Ыс. С другой стороны, закалка в случае больших времен контакта и для более тонких лент ведет к большим внутренним напряжениям, результатом чего является повышение коэрцитивной силы.
Длина теплового контакта оказывает влияние на направление магнитной анизотропии лент в исходном состоянии и на величину начальной магнитной проницаемости ц [102]. Варьируя длину теплового контакта, можно в значительной мере менять доменную структуру получаемых лент [99]. Обеспечение длины теплового контакта свыше 30 см дает возможность получать аморфные ленты сплавов на основе Co-Ni-Fe-Si-B с прямоугольной петлей гистерезиса (Br/Bs=l) [103]. К сожалению, авторы [103] не приводят картины доменной структуры полученных лент, но вид петли гистерезиса говорит о том, что ленты должны иметь ярко выраженные продольные домены. Такую картину, характеризующуюся наличием широких доменов, направленных вдоль оси ленты, в исходном состоянии наблюдали для лент Co58NiioFe5SinBi6 [104,105].
Исследование влияния топографических особенностей рабочей поверхности барабана-холодильника на рельеф и дефектность контактной и свободной поверхностей лент
В процессе быстрой закалки расплава методом спиннингования или закалки плоского течения на контактной поверхности лент образуется рельеф в виде ямок и борозд самой разнообразной формы. Характерно, что этот рельеф в той или иной степени имеется на всех известных нам и описанных в литературе лентах, и создается впечатление, что рельеф является неотъемлемой особенностью лент, полученных методом быстрой закалки расплава. По представления авторов [154] каверны, образующие рельеф, являются воздушными карманами, которые возникают при стремлении к нулю угла встречи струи расплава с поверхностью диска-холодильника. Таким образом, предполагается, что каверны образуются на гидродинамической стадии формирования ленты по механизму захвата атмосферного газа. Однако указанный механизм не согласуется с наблюдениями авторов [155], которые указывают на резкое возрастание шероховатости контактной поверхности лент при возрастании числа Рейнольдса, вычисленного дли протекания расплава в зазоре между соплом и охлаждающим диском; авторы [155] считают, что в интервале 2000 « Re « 2300 происходит переход от ламинарного режима течения к турбулентному, что и вызывает резкий рост шероховатости. Подобное изменение рельефа описано в [156] и также было связано с уменьшением устойчивости потока расплава. Следует отметить, что в [155] наблюдали рост потерь на перемагничивание на 120 % с увеличением шероховатости, поэтому проблема рельефа контактной поверхности имеет не только научный, но и практический интерес.
Высокие скорости процесса делают крайне затруднительным прямое экспериментальное исследование жидкой ванны, поэтому имеющиеся экспериментальные данные крайне скудны, а указываемые обычно характеристики процесса (температура ванны, скорость охлаждения и т. д.) получены расчетным путем с теми или иными допущениями. Сразу же следует отметить, что обычно в расчетах предполагается постоянство коэффициента температуропроводности от расплава к диску, (см. [157]), которое с очевидностью нарушается самим фактом существования рельефа.
При рассмотрении возможных механизмов образования рельефа следует в первую очередь выяснить, на какой стадии процесса образуется рельеф и какие геометрические формы являются закономерными в картине рельефа, а какие -случайными. По данным работ [155, 156] режим движения расплава оказывает существенное влияние на характер рельефа, поэтому надо полагать, что рельеф формируется на гидродинамической стадии процесса закалки, до затвердевания ленты. По поводу геометрии рельефа следует отметить, что по иллюстрациям в работах [154-156, 158] прослеживается ясная тенденция: чем менее явно выражен рельеф, тем меньше он содержит борозд, полос и площадок неправильной формы, и на лентах со слабо выраженным рельефом основным его элементом становится уединенная каверна. Форма каверны в плане близка к равнобедренному треугольнику с большой высотой и малым основанием, длинная ось каверны параллельна вектору скорости диска Уд. Принципиально возможное формирование каверн в жидкой ванне может происходить четырьмя путями. 1. Газовыделение из недостаточно раскисленного расплава на холодную подложку. 2. Инжекция атмосферного газа сквозь поверхность расплава. 3. Захват атмосферного газа путем захлопывания искривленных участков поверхности расплава. 4 Реализация возмущений, возникающих в точке начального контакта расплава с диском.
При газовыделении из плохо раскисленного металла объем выделившегося газа может достигать 25-30 % объема металла (Н2, N2. [159]). Если проанализировать соотношение па ленте площадей плохого (каверны) и хорошего контактов с диском по данным [154-156, 158], то получится примерно такая же величина. Это означает, что количественно механизм газовыделения способен обеспечить наблюдаемую величину и плотность каверн. Однако выделение и рост газовых пузырьков происходит всегда в горячей зоне и достаточно медленно, характерные времена порядка секунд и десятков секунд. Между тем характерное время закалки при спиннипговаиии имеет порядок миллисекунд, а каверны образуются на холодной поверхности раздела расплавдиск. Также непонятным в этом случае является рост каверн при возрастании числа Рейнольдса [155,156]: если бы газовыделение действительно имело место, то картина была бы обратной за счет эффективного перемешивания расплава. Таким образом, не исключая механизм газовыделения, следует искать более сильно действующий механизм образования рельефа.
Инжекция атмосферного газа за счет колебания стенки жидкой ванны [160] требует энергии активации Еа стГ, где поверхностная энергия металлического расплава а « 1-2,5 Н/м [159], а г - размер каверн составляет 10" -10" м [154,155,158]. Тогда Еа 10"10 - 10"12 Дж, то есть достаточно существенная величина. Кроме того, инжектированный таким образом пузырек будет всплывать к поверхности жидкой ванны, как и в случае газовыделения в объеме расплава [160]. Микрофотография рис. 2.11. показывает, что пузырьки газа действительно встречаются в объеме затвердевшей ленты (сферическая полость на изломе), причем скорость всплывания, видимо, довольно значительна, поскольку второй пузырек успел всплыть и лопнуть (характерный кратер на свободной поверхности ленты). Однако картина, показанная на рис. 2.11, встречается крайне редко. Отсюда можно сделать вывод, что объемным газовыделением и инжекцней атмосферного газа непосредственно в объем расплава можно пренебречь
Тепловая стабилизация
На фотографии фрагмента рабочей поверхности барабана-холодильника (рис. 3.3) видно, что струя расплава в процессе спиннинговаиия оставляет след (в виде дорожки), явно отличающийся от соседних участков поверхности отражательной способностью. Объяснить этот факт частичным окислением меди при разливке затруднительно, т.к. сканирование по химическим элементам (рис. 3.5-3.10) дает наличие кислорода только в областях, занятых впрессованным включением абразива (рис. 3.8-3.10).
Было проведено детальное изучение границы дорожка - неконтактная поверхность. Съемка сделана при больших разрешениях (до х4000). Результаты показаны на рис. 3.11. Результаты свидетельствуют о значительном изменении рельефа поверхности барабана-холодильника после спиннинговаиия расплава. Рельеф становится более грубым, качество поверхности существенно ухудшается. Причем в наибольшей степени огрубление рельефа непосредственно у границы (рис. 3.11 а, б, д, е). Огрубление рельефа в области дорожки после спиннинговаиия на наш взгляд является основной причиной изменения отражательной способности дорожки (рис. 3.3). Класс обработки резко снижается, и «зеркало» поверхности в области дорожки «мутнеет».
Единственной причиной такого изменения рельефа может быть только эрозия поверхности барабана-холодильника струей расплава. При этом, чем меньше чистота предварительной механической обработки рабочей поверхности барабана, тем больше эрозия. Также в первую очередь эрозионное воздействие струи расплава проявляется на наиболее грубых участках рельефа поверхности барабана. Это предположение подтверждается данными на рис. 3.11. Дефекты поверхности барабана вызваны особенностями механической обработки и структурой поверхностного слоя меди. Они ориентированы (в нашем случае) вдоль директории вращения. Так же ориентированы эрозионные дефекты (выступы и ямки) после воздействия на поверхность барабана струи расплава. Результаты и выводы данной части исследования можно разделить на две группы: / /7/
1. Предварительная механическая обработка рабочей поверхности барабана-холодильника. Медь является сравнительно мягким и пластичным материалом (тимплеты не удавалось сломать на излом даже под жидким азотом). Вследствие этого шлифовка барабана является достаточно трудоемкой и затратной операцией. Т.к. обработка только абразивной бумагой будет тупиковым путем. Частички абразива будут впрессовываться в поверхность барабана и при промывке спиртами или дистиллированной водой не только не будут полностью удаляться, но и дополнительно произойдет загрязнение частичками тканевой основы протирочных тампонов. Единственным выходом здесь может быть применение барабанов из тщательно прокованных медных слитков (для уплотнения поверхностного слоя) с последующей практически чистовой обработкой резцом. Финишная обработка может включать в себя применение шлифголовок или тонкой абразивной бумаги (не более МЗ) и обезжиривание спиртами. Целесообразней применять бронзовые или стальные барабаны, на которых шлифовки более эффективны и предсказуемы. Но стальные барабаны более специализированы под конкретные составы расплавов. Поэтому, например, для лабораторных исследований более подходят бронзовые барабаны.
2. Взаимодействие рабочей поверхности барабана-холодильника со струей расплава в процессе спиннингования. Расплавы при разливке в процессе быстрой закалки не всегда смачивают поверхность барабана. В нашем случае наблюдается абсолютное несмачивание. Подтверждением тому является отсутствие железа на дорожках. Косвенным доказательством будет и наблюдавшийся в процессе экспериментов факт обратного (по отношению к направлению вращения) сброса порций расплава из-под сопла. В главе 2 было показано (раздел 2.2), что в месте первичного контакта струи расплава с поверхностью барабана происходит периодический процесс разрыва потока. В отсутствие плотного контакта расплав - поверхность (несмачиваемость) длительность разрывов увеличивается, набегающий из сопла расплав скапливается в задней части зоны формирования и в момент преодоления сил поверхностного натяжения отбрасывается.
104 В исследованном случае несмачиваемость определяется недостаточно чистой шлифовкой, обилием впрессованных частиц абразива, обогащением областей впрессовки углеродом. Вопросы смачиваемости требуют отдельных комплексных исследований. Например, автор наблюдал, как на одном и том же медном барабане (со стандартной методикой шлифовки) близкие по составу расплавы оставляли дорожки, морфология которых определялась (как и в предложенном эксперименте) эрозией, и дорожки с явными следами остатков расплава. Последнее особенно ярко проявляется при получении лент с полосчатой структурой расположения дефектов (типа муар). Когда па поверхности барабана с фотографической точностью воспроизводится рисунок муара, видимого на контактной поверхности ленты. Вторым важным фактом является эрозионное происхождение дорожки. Естественно этот процесс занимает какое-то время. Поток расплава как бы подготавливает себе дорожку для действительной стационарной разливки. Этому вопросу посвящен раздел 4.1 в главе 4. Но автор уверен в связи постепенной эрозии поверхности барабана и экспериментальными результатами зависимости толщины и свойств ленты от ее длины, приведенными в [52].
Влияние морфологии рабочей поверхности барабана на дефектообразование получаемых лент, несомненно. Это, прежде всего, степень смачиваемости, плотность контакта расплав-поверхность, а, следовательно, перенос потоков импульса и тепла от барабана к расплаву. Ввиду невозможности прямых исследований при спиннинговаиии какие-либо результаты можно получить только при исследовании топографии контактной и свободной поверхностей лент.
