Способ введения дисперсных частиц в расплавы

 

Использование: при производстве высококачественных отливок из алюминиевых сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками. Сущность: осуществляют инжекцию дисперсных частиц инертным ионизированным газом с помощью погружного плазмотрона. Частицы подают в активную зону плазмотрона в виде порошкового шнура. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии металлов и может найти применение в производстве высококачественных отливок из алюминиевых сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками. Известен способ механического замешивания дисперсных частиц. В алюминиевые сплавы, перегретые до 750-850^оС, трехлопастной крыльчаткой, замешивают порошок твердой фазы Al₂O₃, SiC, C и т.д.

Применяется также способ введения порошокообразного карбидообразующего вещества в струе инертного газа в высокотемпературный плазменный факел с последующей продувкой карбидообразующего вещества через расходуемую углеродную насадку - анод, погружающую в жидкий металл.

Известен также способ, заключающийся в инжекции металлизированных дисперсных частиц в расплав инертным газом.

Недостатки: низкие физико-механические свойства сплава, т.к. известные способы не позволяют ввести дисперсные частицы менее 10 мкм, которые являются дисперсными упрочнителями в сплаве. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ, при котором металлизированные дисперсные частицы инжектируют в расплав высокотемпературным инертным ионизированным газом.

Недостатки: низкая степень усвоения порошков дисперсностью менее 10 мкм и низкие физико-механические свойства. В известном способе инжектировать частицы можно только сравнительно крупные 20 мкм, т.к. более мелкие частицы, особенно менее 10 мкм, слипаются, теряют текучесть и не подаются в расплав. А известно, что для того, чтобы введенные частицы не только не понижали исходные свойства сплава, а и выступали в качестве упрочняющей фазы, их размеры должны быть менее 10 мкм.

Цель изобретения - повышение физико-механических свойств сплавов за счет повышения степени усвоения высокодисперсных (<10 мкм) частиц. Поставленная цель достигается тем, что в способе введения дисперсных частиц в расплав, включающем инжекцию частиц инертным ионизированным газом с помощью погружного плазмотрона, высокодисперсные частицы подают в активную зону плазмотрона в виде порошкового шнура.

Высокодисперсные порошки легко прессуются с использованием небольшого количества минеральной или органической связки в порошковый шнур необходимого диаметра. Полученный порошковый шнур имеет достаточную гибкость для подачи его в активную зону погружного плазмотрона, а дисперсные частицы не контактируют одна с другой, так как разделены связкой. При введении шнура в активную зону плазмотрона связующее под воздействием высокой температуры плавится и переходит в газообразное состояние, освобождая дисперсные частицы, которые в потоке ионизированного газа вводятся в расплав отдельными частицами.

Таким образом обеспечивается введение и равномерное распределение высокодисперсных частиц в расплав, что и обеспечивает высокую их степень усвоения расплавом, а следовательно, и повышение физико-механических свойств сплава.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что высокодисперсные частицы подают в активную зону плазмотрона в виде порошкового шнура. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

П р и м е р. Для проверки предлагаемого способа в сплав АЛ25 вводили порошок карбида кремния SiC с помощью порошкового шнура. Диаметр шнура равен 5 мм, связка на основе полихлорвинила. Порошковый шнур изготавливался в Киевском политехническом институте по технологии совместного советско-французского предприятия "Техникорд". Плавки проводили в печи сопротивления в графитовом тигле. Порошок карбида кремния вводили в расплав при температуре 780^оС по прототипу и предлагаемому способу дисперсностью от 20 до 40 мкм, от 10 до 20 мкм и от 1 до 10 мкм. Образцы для исследований заливали в графитовые кокиля. Для проведения физико-механических испытаний отбирались образцы с содержанием карбида кремния в сплаве, равным 3 мас.%. Порошковый шнур в активную зону погружного плазмотрона вводили со скоростью 1 м/мин. Расход аргона составлял 1,2-1,7 м³/ч. Ток дуги плазмотрона поддерживали в пределах 150-200 А, напряжение 40-45 В. Результаты испытаний приведены в таблице.

Сравнивая результаты испытаний установлено, что предлагаемый способ позволяет увеличить степень усвоения расплавом порошков дисперсностью от 1 до 10 мкм до 92-95 и повысить предел прочности сплавов в 1,3 раза.

Формула изобретения

СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В РАСПЛАВЫ, включающий инжекцию дисперсных частиц инертным ионизированным газом с помощью погружного плазмотрона, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения высокодисперсных частиц /< 10 мкм/ и физико-механических свойств, сплавов, частицы подают в активную зону плазмотрона в виде порошкового шнура.