На одной из конференций по литейному производству после доклада о литье по ледяным моделям одним из членов президиума был задан вопрос «можно ли лить металл в ледяные формы?». После проведения экспериментов по литью металла на лед при температуре льда на 15…20° ниже точки его плавления, мы можем утвердительно ответить на этот вопрос. Однако при этом, чтобы получить точную геометрию отливки, необходимо нанести расплав металла на лед как можно более тонким слоем на максимально возможную площадь поверхности льда при минимально допустимой температуре перегрева металла для сохранения его жидкотекучести. Тонкая пленка металла мгновенно затвердеет и сможет удерживать стенку отливки, при этом между поверхностью отливки и льдом образуется прослойка воды, которая при тонкостенной отливке может даже замерзнуть при охлаждении отливки холодом окружающего льда.
Учитывая работы по разработке «мягких» кристаллизаторов [1], а также по созданию способов взаимодействия расплавленного металла со льдом в песчаной литейной форме [2], на наш взгляд, наиболее просто осуществить такой способ литья при получении тонкой полосы разливкой тонкой плоской струи металла на ледяную подложку в виде облицованной льдом движущейся ленты конвейера. При этом теплофизические условия процесса могут выглядеть таким образом, что затвердевание металла обеспечивается за счет плавления льда (теплота перегрева металла и его фазового перехода расходуется на нагрев и плавление льда), а дальнейшее охлаждение металла происходит в контакте с водой. Тогда тепловой баланс при затвердевании металла выглядит следующим образом: mм (cм tм + λ) = mл (cл tл + r), где с индексом «м» mм - масса, cм - теплоемкость, tм - температура перегрева металла в жидкой фазе и λ - удельная теплота его кристаллизации, а с индексом «л» mл - масса, cл - теплоемкость, tл - температура переохлаждения льда и r - удельная теплота его плавления. Отсюда определяется масса ледяной облицовки кристаллизатора: mл = mм (cм tм + λ) / (cл tл + r).
Кроме того, воспользовавшись аналогией с работами американских исследователей по намораживанию ледяных моделей трех-мерным принтером в морозильной камере, когда капельным или струйным способом подается вода на подложку с получением в результате фасонного ледяного изделия [3], вполне резонно предложить, что подавая принтером струйку расплава металла на поверхность ледяной пластины, мы можем, например, написать букву или слово, состоящее из фигурной полоски металла. Капля или струйка металла во льду выплавляют ложбинку или канавку и мгновенно в них застывают.
Рассмотренные способы литья пригодны для осуществления с использованием роботизированных комплексов и кристаллизаторов непрерывного действия, ряд аналогов которых можно найти среди оборудования для получения изделий из расплавленных пластмасс. Кроме того, работы в этом направлении могут привести к созданию варианта способа получения аморфных сплавов закалкой из жидкого состояния.
1. Дорошенко В.С., О возможности применения «мягких» кристаллизаторов для непрерывного литья // Литейное производство. - 1994. - №7. – С. 19-20.
2. Дорошенко В.С., Кравченко В.П. Постепенное обновление парадигмы в теории литейных процессов по теме взаимодействия металла с песчаной формой // Металл и литье Украины. – 2009. - № 10 – С. 28-33.
3. Qingbin Liu, Guanghua Sui, M. C. Leu. Experimental study on the ice pattern fabrication for the investment casting by rapid freeze prototyping (RFP) // Computers in Industry. V. 48. - Issue 3 (August 2002). - P. 181 – 197.