Одним из авторов исследования стал профессор кафедры общей физики ПНИПУ, доктор технических наук Илларион Никулин. Его команда впервые предложила комплексную модель, которая позволяет просчитать и контролировать все ключевые процессы индукционной плавки. Результаты исследования опубликованы в «Инженерно-физическом журнале».
Индукционная плавка используется для производства деталей, от которых зависит безопасность: лопаток и дисков турбин, корпусов двигателей, компрессоров. Метод основан на нагреве металла переменным магнитным полем, но при переплавке вторичного сырья на поверхности расплава образуется оксидная пленка. Она может попасть внутрь изделия и стать причиной серьезного дефекта.
Ученые ПНИПУ создали математическую модель, которая одновременно учитывает нагрев, перемешивание, напряжения и состояние этой пленки. Это позволило просчитать, при каких параметрах магнитного поля она будет разрушаться и удаляться с поверхности еще до момента отливки, говорится в пресс-релизе Пермского Политеха.
Исследование проводилось на никелевом жаропрочном сплаве ЧС-70 ВИ, широко применяемом в авиастроении. Оказалось, что снижение частоты магнитного поля до 240 Гц увеличивает глубину проникновения поля и вызывает более интенсивное перемешивание расплава. Это создает напряжения в пленке, способные ее разорвать. Такой подход позволяет устранить до 10% потенциального брака.
Мы выяснили, какие режимы плавки нужно использовать, чтобы разогнать эту пленку еще на стадии расплава. Ее поведение оказалось сильно зависимым от частоты и напряженности магнитного поля. Переход к режимам с глубокой индукцией позволяет разрушить загрязняющую оболочку и удалить ее, не дожидаясь, пока она попадет в готовую деталь. Это значит, что мы можем повысить качество продукции без дополнительных затрат.
Разработка носит прикладной характер и может быть масштабирована для промышленных нужд.
Ранее мы рассказывали, что расчеты российских ученых помогут сделать сверхзвуковые лайнеры менее шумными.