Способ получения быстрозакаленных металлов и сплавов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению йатериалов методом высокоскоростного затвердевания расплава. Цель изобретения ^ расширение технологических возможностей за счет пол-^ учения заготовок из материалов с высоким" сродством к кислороду. Предлагаемый способ позволяет ^чйёньшить окисленность поверхности быстрозакаленных частиц в материалах, содержащих злементы с высоким сродством к кислороду. Снижение содержания: кислорода происходит за счет покрытия материала в процессе получения пленкой флюса или шлака, которые имеют интервал активности до температуры, когда окисление минимально. Поставленная зада-/ ча решается за счет того, что перед подачей расплава к вращающемуся кристаллизатору на его поверхности создают слой флюса или шлака в жиДком состоянии, объем которого составляет 0.05-0,2 от объема расплава, причем расплав вместе с флюсом или шлаком подается на вращающийся со скоростью 0,5-20 м/с барабан. 1 ил., 1 табл.(Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 22 0 11/06

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ .

1 (21) 4632739/02 (22) 06:01.89 (46) 30.01.92. Бюл, М 4 (71) Московский, авиационный технологический институт им, К.Э.ЦиолковсКого (72) И.Н.Пашков, В.А.Васильев, Б,С.Митин и

И.B.Ðîäèí. (53) 621.746.047(088.8) (56) Патент США %4142571, кл. В 22 0 11/06, 1979. (54} СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЦСТРОЗАКАЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (57) Изобретение относится. к металлургии; в частности к получению материалов мето- . дом высокоскоростного затвердевания pacnnase. Цель изобретения — расширение .технологических возможностей эа счет пол-. учения заготовок из материалов с высоким

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению материалов в виде чешуек, ленты, нитей методом высокоскоростного затвердевания расплава.

В металлургии для производства быстрозакаленных материалов в виде порошка, .чешуек, нитей используется метод экстракции из расплава, т.е. вытягивание металла из расплава с одновременным его охлажде, нием на вращающемся диске. При этом диск . располагается над BBHHOA с расплавом.

Известен также способ получения быстрозакаленных материалов, при котором расплав расположен над вращающимся диском.

„„5lJ,, 1708502 А1 сродствам к кислороду. Предлагаемый способ позволяет уменьшить окисленность llo" верхности быстрозакаленных частиц в материалах, содержащих элементы с высоким сродством к кислороду. Снижение содержания- кислорода происходит за счет покрытия материала в процессе получения пленкой флюса или шлака, которые имеют интервал активности до температуры, когда окисление минимально. Поставленная задача решается за счет того, что перед подачей расплава к вращающемуся кристаллизатору на его поверхности создают-слой флюса или шлака в жидком состоянии, объем которого составляет 0,05 — 0,2 от объема расплава. причем расплав вместе с флюсом или шлаком подается на вращающийся со скоростью 0,5 — 20 м/с барабан, 1 ил., 1 табл, 4

Недостатком этих методов является то, что при нижней подаче металла на поверх- © ности расплава возникают волны, иниции- (Л рованные вращающимся диском, что О сказывается на неравномерности получае- «1,3 мых частиц, а главное на значительных снижениях производительности процесса по . сравнению с теоретическим расчетом. При верхней подаче расплава необходимо также защищать каплю материала от воздушного потока, захватываемого диском, при этом верхний способ подачи расплава позволяет получать очень тонкие нити или ленты. Кроме того, недостатком данных методов является необходимость помещения вращающегося диска с ванной расплава в

1708502 камеру с защитной атмосферой или вакуумом для получения быстрозакаленных сплавов, Содержащих такие металлы, как йикель, марганец, титан и др„имеющие высокое сродство к кислороду. Особенно это проявляется при получении быстроэакэленной продукции на диске, вращающемся с невысокой скоростью, когда увеличивается время нахождения частиц в горячем состоянии.

Наиболее близким техническим решением является способ получения быстроэакаленных материалов в виде ленты, нитей и чешуек на вращающемся барабане, при котором расплав на поверхность барабана подается сбоку. При этом наблюдается увеличение производительности за счет увеличения объема ванны с расплавом, а главное.. достигается высокая однородность полученной продукции на толщине эа счет отсекания пограничного с лоя газовой среды, захватываемой вращающимся барабаном, Однако, практика. использования боковой подачи осложнена трудностью получения быстрозакаленных материалов, имеющих высокое сродство к кислороду, т,е, аппаратурное оформление данного способа в защитной атмосфере или вакууме сопряжено. с техническими трудностями, что приводит к удорожанию процесса, трудности контроля за процессом в случае аварийной. ситуации и к снижению производительности за счет. увеличения времени загрузки расплава. Особенно указанные недостатки проявляются при получении материала толщиной в несколько сот микрон, когда наружная поверхность продукции длительное время находится в нагретом состоянии. 8 большинстве случаев использование быстрозакалвнных материалов требует низкого содержания кислорода в получаемой продукции. Это приводит к невозможности получения открытым способом материалов с большим содержанием никеля, хрома, марганца, железа и др. Также это относится к припоям в виде проволо,ки и ленты, содержание кислорода на поверхности которых должно быть сведено к минимуму.

Целью способа является уменьшение окисленности поверхности получаемой продукции, увеличение стабильности по составу и расширение технологических возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения быстрозакаленных материалов с боковым извлечением расплава, заключающимся в приготовлении расплава и извлечении его.вращающимся кристаллизатором из материала с высокой теплопроводностью, перед подачей расплава на его поверхности создают слой жидкого флюса или шлака, объем которого составляет 0,05 — 0,2.от объема расплава, при

5 этом скорость извлечения расплава вместе со шлаком или флюсом составляет 0,520 м/с.

Согласно предлагаемому способу расплав подается на вращающийся барабан со

10 слоем флюса на поверхности, при этом в результате смачивания поверхности металла указанным флюсом или шлаком, температура которого ниже температуры плавления сплава, затвердевающий на барабане мате15 риал покрыт слоем флюса или шлака, предо. храняющего его от окисления.

Известны технические решения для защиты быстроэакаленных частиц от окисления, заключающиеся в помещении

20 вращающегося барабана с расплавом в камеру. При этом не обеспечивается равномерностьь по тол щине и умен ьшается производительность процессов за счет увеличения времени на загрузку новой партии

25 металла. Создание на поверхности расплава слоя флюса или шлака позволяет, с одной стороны, решить проблему защиты от окисления поверхности расплава, достичь сохранения стабильности его состава.

30 предотвращая угар составляющих элементов, с другой стороны, при хорошей смачиваемости затвердевшего сплава флюсом или шлаком, температура плавления которых ниже температуры сплава, происходит

35 захватывание расплавом слоя флюса или шлака, При этом получаемый материал бу-. дет окружен защитным слоем, предотвращающим его окисление. Внутренняя поверхность частиц плотно прилегает во

40 время затвердевания к поверхности диска или барабана и окисление не минимально.

8 дальнейшем по мере охлаждения продукции слой флюса йли шлака может отделиться от частицы или остаться на ней, Можно

45 подобрать состав флюса таким образом, что пленка его отделится от частицы при такой температуре, когда окисление чистой поверхности металла .будет минимально. Однако на поверхности расплава необходимо

50 иметь такое количество флюса или шлака, которое хватило бы на защиту всего объема материала в процессе получения, в крайнем случае, часть флюса или шпака осталась бы в плавильной ванне. При этом необходимо

55 соблюдать условие, чтобы к барабану пода валась ece,время та часть ванны, чтобы линия раздела расплава и флюса проходила через точку касания расплава барабана. При этом, необходимое количество шлака или флюса будет зависеть от скорости вращения

1708502 барабана, от соотношения поверхностного натяжения жидкого флюса и расплава. При объеме слоя флюса или шлака меньше 0,05 от объема расплава количества защитного слоя не обеспечивает предохранения от окисления всего количества материала, при этом наблюдаются разрывы защитного слоя и локальное окисление получаемой продукции. При объеме защитного слоя на поверхности расправа более 0,2 от объема расплава сложно обеспечить одновременную подачу флюса и расплава к барабану, в начальный момент происходит выброс из. бытка флюса или шлака, что свидетельствует о нецелесообразности увеличения их объема.

Уменьшение скорости вращения барабана менее 0,5 м/с приводит к возможности проникновения затвердевшего слоя в объем расплава, что затрудняет его подачу. С другой стороны, уменьшение скорости приводит к получению продукции большой толщины, что соответствует скорости охлаждения и получаемый материал будет обладать худшими свойствами. При. низкой скорости возможно также вытекание флюса или шлака по краям расплава. так как,его жидкотекучесть значительно превышает жидкотекучесть расплава с учетом недостаточной скорости извлечения.

В качестве материала флюса можно использовать в зависимости от-состава расплава соединения бора, фторида, хлорида, которые имеют невысокую температуру плавления и широкий интервал активности.

Реализация способа заключается в подаче границы раздела расплава и флюса или шлака к вращающейся поверхности барабана при сохранении минимального и постоянного зазора между плавильной ванной и барабаном.

На чертеже изображена схема реализации способа.

Направление вращения барабана должно совпадать с направлением подачи расплава, т е. если подача расплава осуществляется слева, то вращение барабана должно быть по часовой стрелке, и наоборот.

Способ может быть использован для получения различных марок припоев, армирующих элементов и бетона, лент, нитей, порошка материалов, содержащих элементы, имеющие высокое сродство к кислороду. Использование в качестве защитного слоя шлаков на основе стекол может увеличить коррозионную стойкость получаемых материалов в качестве наполнителей бетонных сред.

Пример 1. Способ получения быстро. закаленных материалов может быть реализован следующим образом.

В качестве исходного .материала был

5 выбран сплав меди с добавками марганца в: количестве 20-23ф и олова около 4 вес,$.

В качестве флюса выбрана смесь борная кислота 707ь, фтористый калий 4 — 10 („фтористый литий 5, бура 15 — 20 . Расплав

10 готовили под небольшим количеством флюса для предотвращения окисления в опрокидывающейся печи объемом 0,5 л, имеющей четыре нагревателя из карбида кремния.

Мощность нагреваемого устройства около

15 2 5 кВт. Расплав непосредственно из печи подавали за вращающийся барабан из меди

М1, охлаждаемый изнутри водой. Диаметр барабана составлял 0,2 м. Рабочая поверхность барабана имела гладкую цилиндриче20 скую форму. Зазор между барабаном и ванной расплава поддерживался на уровне

0,1 — 0,3- мм. Температура расплава 6700—

780ОС. Флюс помещался сначала в небольшом количестве для предотвращения

25 окисления, затем доводили его объем до заданного уровня, помеченного на футеровке ванны. Положение ванны выбиралось все время таким, чтобы линия раздела расплава и флюса проходила через точку касания ба30 рабана и расплава. Содержание кислорода во всех экспериментах определялось методом рассеяния частиц, Пример 2. Процесс осуществлялся по методике, описанной в примере 1, но в ка35 честве исходного материала был выбран сплав медь — никель — олово, содержащий

25 — 30 вес.$ никеля и 4 — 6 вес.% олова. В качестве флюса бралась смесь тетраборат калия 707», фтористый калий 30 (,. темпера49 тура расплава составляла 800 — 850 С. Рабочая поверхность барабана выполнена в виде кольцевых выступов с плоской площадкой

1,2 мм с расстоянием между выступами 1,5 мм. При этом продукция получалась в виде

45 тонких ленточек, толщина которых как и в первом примере составляла 50 — 500 мкм.

Il р и и е р 3. В качестве исходного материала брали сплав железо — марганец—

50 никель с содержанием марганца 10 вес. („ никель 20 вес. . В качестве флюса выбран состав борная кислота 30, гидрат окиси калия фтористого 25, водородная кислота

45 (, с добавкой кварцевого порошка. При

55 этом получаемая продукция имела оболочку из стекла сложного состава. Температура. расплава составляла 1000-1070 С.

Результаты экспериментов по примерам 1-3 приведены в таблице .

1708502

Ф о р мул а изобретен ия

Способ получения быстрозакаленных металлов и сплавов преимущественно в виде лент и волокон, включающий нагрев, рас..плавление и перегрев металла в плавильной 5 емкости, его подачу на поверхность вращающегося со скоростью 3-20 м/с кристаллизатора, о т л и ч а ю щ и и с .я .тем, что, с

ЬЫичеснмбфт евЬ

Скорость Толщина вращения продукции, барабана, мкм . мlс .

Сплав

Толщина слоя флюса, мкн

Толщина пленки окисла, А

Примечание

1 Си-Ип гоо

465

Вытекание флюса по краю

Равномерное покрытие

3

Разрывы пленки флюса

11есплоюность пленки

Остаток без флюса

1-5 мкм

1 00

7о

7о

10,г

1О

1О 10 l7

17

Трудность реализации, маруюается одновременная подача флюса с рвсплавом оытекание флюса

2 Си-А 2 0„16 . 470

9 0,16 250

16 0,3 160

70

7 70

10 65.

3-5 - До 10000

3 Ге-П-Ип 15 0,2 80 12 . О 1 !.1О

10 0,03 130 — — «-бСоставитель И. Пашков

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Редактор Н. Горват

Заказ 386, . Тираж:: Подписное

8НИИПЙ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб.; 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

0,1

0,15

О,15

0,15

0,15

0;15

0,01

0,05

О:,1

0,2

0,25

85.

220 целью расширения технологических возможностей за счет получения зато-. товок из материала с высоким сродст.вом к кислороду, поверхность расплава перед подачей на кристаллизатор покрывают слоем флюса, объем которого составляет 0,05-0,20 от объема расплава.

Остаток без .флюса. Наруюение одновременной подачи фта са и расплава

Рдсорбированное состояние кислорода Горением расплава, нехватка флюса