Способ получения отливки из сплавов на металлической основе с мелкодисперсными частицами карбидов


 


Владельцы патента RU 2441095:

Митин Олег Вячеславович (RU)

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства отливок из сплавов на металлической основе, армированных частицами карбидов. В процессе литья в расплав матричного сплава вводят струю углеводородного газа с образованием мелкодисперсных частиц карбидов за счет разложения на углерод и водород под действием температуры расплава, осуществляют перемешивание расплава с упомянутыми частицами и кристаллизацию отливки. В качестве матричного сплава используют сплав на основе алюминия, магния, железа, никеля, кобальта или хрома. Перемешивание расплава с образованными мелкодисперсными частицами карбидов осуществляют пузырьками выделяющегося водорода, всплывающими на поверхность. Обеспечивается устранение дефектов литья и повышение качества отливок. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам производства и литья слитков и отливок из сплавов на основе алюминия, магния, железа, никеля, кобальта, хрома, армированных мелкодисперсными частицами карбидов.

Известны способы изготовления литых композиционных сплавов упрочненными дисперсными частицами. Основные этапы технологического процесса получения этих сплавов включают:

- получение основного расплава;

- равномерное распределение твердых частиц в объеме жидкого расплава;

- кристаллизация композиционного материала.

Для введения в расплав дисперсных частиц используют следующие способы:

- инжектирование дисперсных частиц в струю металла подавлением (журнал «Киндзоку Metal and Technology», 1992, т.62, №5, стр.2-3, 21-27);

- механическое смешивание расплава и частиц;

- совместное прессование, спекание смеси порошков матричного сплава и дисперсных частиц (К.И.Портной, Б.И.Бабич. Дисперсно-упрочненные материалы, М., Металлургия, 1974, стр.93-126);

- введение в матричный сплав окатышей или гранул из вспомогательного сплава, уже содержащего дисперсные упрочняющие частицы, получаемые при введении во вспомогательный сплав хлоратов, перхлоратов, щелочных металлов, нитратов, графита (патент RU, 2083321, С1, 26.10.93 г.)

("Cast aluminium-graphite particle composites-a potential engineering material" - Rotatgl PK, Das S., Dan TK - Inst. Eng - 1987 - 67, №2 - 277-283)

Основными недостатками данных способов является: невысокая смачиваемость упрочняющих частиц, их комкование и, как результат, неравномерное распределение их в объеме расплава. Все это ведет к необходимости перегревать расплав, подогревать частицы и вводить в расплав в потоке высокотемпературной плазмы инертного газа, вводить в расплав поверхностно-активные вещества, использовать реагенты, содержащие хлор и щелочные металлы, что требует повышенных мер техники безопасности, длительного выстаивания расплава при температуре плавления. Для равномерного распределения частиц в объеме расплава - использовать бегущую волну электромагнитного поля, ультразвуковые устройства и механическое перемешивание, а это требует дополнительных затрат электроэнергии и специальных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому способу, т.е. прототипом, является способ введения дисперсных частиц, предварительно нагретых в потоке ионизированного инертного до 0,5-0,9 температуры их плавления при непрерывном перемешивании расплава (патент RU, 2020042, С1, от 19.09.90 г.).

Этот способ имеет следующие недостатки:

- нагрев инертного газа до состояния плазмы требует специального оборудования, дополнительных затрат электроэнергии при производстве сплава;

- необходимость непрерывного интенсивного перемешивания при изменении объема жидкой фазы требует дополнительного специального оборудования и дополнительных затрат электроэнергии. Изменение интенсивности перемешивания может привести к ослаблению поверхностного контакта матричного сплава с частицами, образованию расслоений, сегрегации и, как следствие, неоднородность по химическому и структурному составу.

Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционного материала, устранение дефектов литья, обеспечение упрочнения сплавов мелкодисперсными частицами, равномерно распределенными в объеме расплава, обеспечить полную смачиваемость и совместимость упрочняющих частиц в матричном расплаве.

Технический результат достигается тем, что в процессе литья матричного сплава в расплав вводится углеводородный газ (метан, пропан). Струя газа с помощью керамического фильтра дробится на мелкие пузырьки, которые мгновенно нагреваются до температуры расплава. Под действием температуры расплава молекулы углеводородного газа разлагаются на атомы углерода и водорода. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами матричного сплава, образуя мелкодисперсные частицы карбидов, а атомы водорода образуют пузырьки молекул водорода и всплывают на поверхность расплава, обеспечивая тем самым перемешивание матричного расплава и равномерное распределение мелкодисперсных частиц карбидов в объеме расплава. В результате того что процесс зарождения и формирования частиц карбидов происходит непосредственно в расплаве и на атомарном уровне, это обеспечивает совместимость, полное смачивание частиц карбидов матричным расплавом и мелкодисперсный размер частиц карбидов. Это позволяет устранить дефекты литья и повысить качество отливок. Поиск по источникам научно-технической информации и патентной документации по классам показал, что не известны технические решения, в которых используются отличительные признаки предложенного способа получения композиционных материалов. Следовательно, заявленное решение соответствует критерию изобретения.

Пример реализации данного способа представлен в виде схемы на чертеже

Расплавленный матричный сплав (АК5М2 или АЛ9) из печи подается в камеру 2 контроля уровня расплава. Через отверстие 3 расплав попадает в камеру 4 образования частиц карбидов. Одновременно с расплавом через устройство 1 для подачи газа в расплав и дробления струи газа на мелкие пузырьки (используются керамические фильтры) подается газ метан (пропан). Под действием температуры расплава газ разлагается на атомы углерода и водорода. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами расплава и образуют мелкодисперсные частицы карбидов, полностью совместимые с расплавом. Затем расплав поднимается вверх и переливается в камеру 5 выпуска и дегазации расплава от водорода (частичная дегазация идет уже в камере 4). Пузырьки газа (за счет высокой проницаемости водорода) быстро всплывают на поверхность расплава и сгорают, тем самым обеспечивается равномерное распределение частиц карбидов в объеме расплава. Готовый сплав через летку 7 подается в кокильные изложницы или в песчаные формы 6 - технологическая крышка (для проведения регламентных работ, создания, при необходимости, низкого давления над расплавом, для ускорения процесса дегазации). Такой способ получения сплавов с частицами карбидов, которые не внедряются в расплав, а зарождаются непосредственно в объеме расплава, позволяет повысить качество отливок, полностью избавиться от расслоений, сегрегации и, как следствие, неоднородности по химическому и структурному составу.

1. Способ получения отливки из сплавов на металлической основе с мелкодисперсными частицами карбидов, отличающийся тем, что в процессе литья в расплав матричного сплава вводят струю углеводородного газа с образованием мелкодисперсных частиц карбидов за счет разложения на углерод и водород под действием температуры расплава, осуществляют перемешивание расплава с упомянутыми частицами и кристаллизацию отливки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве матричного сплава используют сплав на основе алюминия, магния, железа, никеля, кобальта или хрома.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание расплава с образованными мелкодисперсными частицами карбидов осуществляют пузырьками выделяющегося водорода, всплывающими на поверхность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления детали, содержащей вставку из композитного материала, образованного из керамических волокон в металлической матрице.

Изобретение относится к области металлургии, а именно способу изготовления детали, содержащей вставку из композитного материала с металлической матрицей, внутри которой находятся керамические волокна, и может быть использовано при изготовлении деталей авиационных газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей в области авиационных газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к способу изготовления полотна, состоящего из множества керамических нитей с металлической матрицей, и соединения между нитями. .

Изобретение относится к способам получения слоистых композиционных материалов с использованием взрывных технологий, а именно материалов с высокими значениями предела прочности и модуля упругости, которые могут быть использованы в машиностроении, авиа- и ракетостроении, космической технике и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно к металломатричным композиционным материалам на основе легких сплавов, армированных дискретными керамическими или углеродными волокнами, используемым для производства деталей электронной промышленности (корпуса и основания электронной техники), авиационной и космической отрасли (основания силовых приборов, стойки каркасных конструкций и др.), автомобильной, энергетической и рекреационной промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения истираемых материалов из металлических волокон, и может быть использовано при изготовлении уплотнений проточной части компрессора и турбины газотурбинного двигателя, в газонефтеперекачивающих установках для изготовления фильтров.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению композиционных материалов. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению композиционных материалов с матрицей из алюминиевого сплава, армированной стальными волокнами, для изготовления элементов планера самолета, стрингерного набора, обшивки и т.д.
Изобретение относится к области радиопромышленности и авиакосмической техники. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения пеноалюминия. .

Изобретение относится к МГД - технике, применяемой в металлургическом и литейном производстве алюминия, дозирования алюминия при литье слитков. .
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве холоднодеформированных полуфабрикатов из эвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для получения малогабаритных отливок из высокоактивных (высокая реакционная способность с кислородом) металлов и сплавов типа титана, сплавов титана, ниобия, тантала, никеля, хрома, кобальта и может быть использовано для производства зубных протезов, а также ювелирных изделий и малогабаритных изделий в машиностроительной отрасли.
Изобретение относится к металлургии, а именно к литейному производству, в частности к ковшевому или внутреформенному модифицированию чугуна, сталей и цветного литья для повышения прочностных, износостойких и пластических свойств изделий.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии производства из расплава листовых заготовок и получения из них рулонной фольги. .

Изобретение относится к литейному производству, а именно к производству тонкого листа из магния или магниевого сплава. .
Изобретение относится к продуктам из конструкционных металлических материалов, армированных карбидами. .

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения легированных титановых сплавов методом вакуумного дугового переплава.

Изобретение относится к литейному производству
Наверх