Способ получения мелкокристаллической структуры металлов и сплавов

 

)и) 548369

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 24.10.75 (21) 2184443/02 (51) M. Кл,з В 22D 27/00 с присоединением заявки № (53) УДК 621.74.04 (088.8) Опуоликовано 28.02.77. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 23.03.77 по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

О. М. Игнатьев

Донецкий государственный университет (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ

СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Л Т Т02 1 р ° ат

ЛР

Государственный ком ите >

2 Приоритет

Совета Министров СССР

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано при получении слитков и фасонных отливок с однородным по своему объему мелкокристаллическим строением. Мелкокристалли; ческая структура обеспечивает повышенные прочностные и пластические свойства изделий.

Для получения такой структуры используются различные методы, обеспечивающие ускорение процесса кристаллизации: литье в металлические формы; литье под давлением; встряхивание затвердевающего металла; непрерывную разливку с ускоренным охлаждением металла; электрошлаковый переплав.

Известен способ получения слитков с мелкокристаллической структурой, при котором металл выливают в форму через промежуточное охлаждаемое устройство (1).

Известен также способ получения металлов с мелкокристаллической структурой, обеспечивающей повышенную прочность металла, по которому жидкий расплав диспергируют на капли, которые затвердевают в виде гранул с мелкокристаллической структурой. Гранулы спекают в вакууме под большим давлением при повышенной температуре, но не достигающей температуры плавления металла, получая, таким образом, массивную деталь или заготовку (2).

Основное достоинство этого способа состоит в том, что он обеспечивает протекание процесса затвердевания металла с большой скоростью, что, в свою очередь, приводит и полученшо мелкокрпсталлпческой структуpbI метал5 ла в гранулах.

Однако при таком спосоое необходимо производить операцшо спекания гранул металла при повышенной температуре. Поскольку этот процесс является длительным, в гранулах не10 пзбежно протекают рекристаллизационные явления, приводящие к росту зерна и, в конечном счете, к снижению эффективности способа.

Цель изобретения состоит в ускорении про15 цесса кристаллизации жидкого металла без последующего рекрпсталлизационного отжига.

Эта цель достигается тем, что исходный жидкий расплав, находящийся под атмосферным давлением и имеющий температуру Т (Т Т0, где Т0 температура термодинампческого равновесия жидкой и криста.члпческой фаз при атмосферном давлении), подвергают воздействию разрежения, т. е. растягивают без разрыва жидкости. с>Прп этом температура фазового равновесия в соответствии с уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

548369

Составитель P. Земцер

Техред Л, Гладкова

1(орректоры: А. Степанова и А. Галахова

Редактор Е. Дайч

Заказ 35!/3 Изд. М 238 Тираж 1054 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7Ê-35, Раушская наб., 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 где Т вЂ” изменение температуры плавления металла, Тв — температура плавления металла, Р— изменение давления, д — полярная теплота плавления, V — молярный объем металла, а — коэффициент усадки, сдвигается в сторону более низких температур и становится равной То, причем Те <То, а расплав, находящийся по-прежнему при температуре Т, оказывается перегретым на

ATp= Tu — Тв . В растянутом состоянии жидкий металл охлаждают до температуры

Т Тв. При этом расплав остается в термодинамически устойчивом состоянии, т. к. его температура Т во всяком случае не ниже температуры фазового равновесия Тв при разрежении. Наличие посторонних примесей (нерастворимых) в расплаве не влияет на устойчивость расплава. После охлаждения металла до температуры Т резко (быстро) сбрасывают разрежение; в простейшем частном случае разрежение сменяется атмосферным давлением. При этом, в соответствии с упомянутым выше уравнением КлайперонаКлаузиуса, температура фазового равновесия сдвигается в сторону высоких температур и снова становится равной Тв. Расплав же, охлажденный до температуры Т, становится переохлажденным, т. е. термодинамически неустойчивым, и поэтому быстро кристаллизуется.

Способ, например, при кристаллизации расплавленного железа, осуществляют следующим образом. Железо имеет плотность 8 г/смз (для гамма-железа), температуру плавления

5 1539 С; теплоту плавления — 3,64 ккал-г атом; коэффициент усадки 0,06. Для переохлаждения жидкого железа, например, на — 364, необходимо подвергнуть расплавленное железо разрежению, равному 74,4 10 — атм, величи10 ну которого находят, используя приведенные выше исходные данные, по уравнению Клапейрона-Клаузиуса.

Формула изобретения

Способ получения мелкокристаллической структуры металлов и сплавов путем переохлаждения расплава, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса кристаллиза20 ции, на расплав воздействуют разрежением, при котором его охлаждают до температуры, соответствующей температуре кристаллизации прп внешнем давлении, после чего давление повышают до атмосферного.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции № 2031555, кл. В 22D

27/00, 1970.

2. Белов А. Ф. Металлургия гранул — но30 вый путь повышения качества конструкционных материалов. — «Вестник АН СССР», 1975, № 5, с. 74 (прототпп).