Днепропетровский ордена Трудового Красного(Ьйамеии":., металлургический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4 ) ЦЕНТРОБЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ

КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к литейному производству, в частности к устройствам для кристаллизации металлов и сплавов с большими скоростями охлаждения.

Известно устройство для скоростной кристаллизации металлов из жидкого состояния, состоящее из микропечи, вращающегося цилиндра и катапульты, сбрасывающей каплю расплавленного металла на вращающийся с большой скоростью латунный цилиндр.

Капля жидкого металла размазывается по поверхности цилиндра и эатвердевает с большой скоростью (1), Получение быстроохлажденных проб металла на данном устройстве носит периодический характер. Это обуславливает его низкую производительность и позволяет применять лишь для единичных лабораторных опытов.

Наиболее близким к изобретению является устройство, состоящее иэ высокотемпературной плавильной печи, вращающегося цилиндра и ударной трубки и работает следующим образом: навеска исследуемого сплава помещается в алундовую "ðóáêó, вводимую в зону нагрева, при подаче инертного газа капли сплава выбрасываются на внутреннюю поверхность вращающегося цилиндра (2).

Недостаток устройства вЂ” периодичность процесса во времени вследствие необходимости остановки устройства после разового выброса жидкой капли метаЛла с целью охлаждения цилиндра и извлечения проб. Принятая конструкция печи не позволяет осуществить непрерывную подачу расплава на вращающуюся поверхность цилиндра.

Таким образом, производительность данного устройства низка, так как непрерывное получение тонких пленок, 15 затвердевших при больших скоростях охлаждения, невозможно.

Цель изобретения вЂ” повышение производительности устройства эа счет непрерывного получения быстроохлаж20 денных тонких пленок в количестве, достаточном для последующего изготовления полуфабрикатов (прутков, труб, профилей), например, методом горячего прессования.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно к известным элементам устройства, а именно плавильной печи и цилиндра, связанного с приводом вращения, плавильная печь

ЗО снабжена стационарно установленной

829328 разливочной трубкой, ось выходного отверстия которой наклонены к внутренней поверхности стенки цилиндра под углом о(. = 45-75, Разливочная трубка смещена относительно вертикального.диаметра цилиндра на величину 0,3-0,4 этого диаметра по направлению вращения цилиндра. Величина зазора между то .цом разливочной трубки и внутренней поверхностью вращающегося цилиндра составляет

0,2-0,4 внутреннего диаметра отверстия различовной трубки.

Устройство дополнительно снабжено кольцевым холодильником, у тановленным вокруг внешней поверхности цилиндра. Стационарность установки разливочной трубки обусловлена тем, что при этом достигается воэможность получения непрерывной ленты тонких пленок, затвердевших при больших скоростях охлаждения . Гра- 2Î ничные значения угла наклона оси выходного отверстия обусловлены тем, что при этом достигается оптима ьный режим непрерывной подачи расплавленного металла на внутреннюю поверхность вращающегося цилинцра.

Очень важно установить разливочную трубку с отстоянием торца выходного отверстия строго на величину 0,20,4 внутреннего диаметра выходного отверстия, Предварительные опыты показывают„что при. незначительном гидростатическом напоре, который создается в разливочной трубке, истечение металла идет с малой скоростью, причем струя металла разрывается на капли уже при небольшом удалении от нижнего среза раздаточной трубки.

С целью обеспечения стационарности режима истечения в предлагаемом устройстве используют смачивание 40 вращающейся поверхности цилиндра жидким металлом и возникающий вследствие отклонения струи и резкого уменьшения ее сечения эффект капиллярности (фиг, 2) . Эти эффекты, обеспечивающие непрерывность струи, устойчиво проявляются при зазоре между нижним срезом разливочной трубки и внутренней поверхностью вращающегося -цилиндра в пределах $Q

0,2-0,4 внутреннего диаметра отверстия разливочной трубки, При зазоре меньшем, чем 0,2 внутреннего диаметра, возможен перегрев поверхности цилиндра и, тем самым, резкое падение скорости охлаждения. При зазоре большем, чем 0,4 внутренне-о диаметра, начинается разбрызгивание расплава.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, общий вид," íà фнг. 2 - 6G конец разливочной трубки; на фиг.3 схема расположения разливочной труб-. ки в цилиндре. ,Цля получения пленок минимальной толщины, гарантирующей максимальную скорость охлаждения, необходимо обеспечить возможно меньшую скорость подачи жидкого металла на поверхность вращающегося цилиндра. Однако уменьшать линейную скорость подачи путем уменьшения скорости истечения жидкого металла из разливочной трубки невыгодно, так как это приводит

I к уменьщению производительности устройства, В предлагаемом устройстве уменьшение скорости подачи жидкого металла достигается за счет смещения раздаточного конца разливочной трубки относительно вертикального диаметра цилиндра на величину 0,30,4 этого диаметра по направлению вращения цилиндра (см. фиг. 3, пол-жение 1) . При этом скорость подачи жидкого металла на поверхность цилиндра в виде нормальной составляющей Vn скорости истечения Vuc меньше (Чп = V>a. ° cosa(), чем при установке разливочной трубки на вертикальную ось цилиндра (положение 2) . С другой стороны, в положении 1 тангенциальная составляющая скорости истечения Ч.; направлена навстречу вектору линейной скорости вращения,V>>, чем обеспечивается увеличение скорости размазывания жидкого металла. При смещении разлиночной трубки относительно вертикальной оси цилиндра на 0,3-0,4 диаметра цилиндра по направлению скорости подачи V в 1,5-2 раза меньше скорости истечения, что обеспечивает уменьшение толщины пленок также в

1,5-2 раза.

Устройство состоит из плавильной печи 1 (фиг. 1), снабженной стационарно установленной разливочной трубкой 2, наклоненной в сторону цилиндра 3, связанного с приводом 4 вращения. Разливочная трубка наклонена к внутренней поверхности стенки цилиндра под углом с = 45-75 .

Выходной торец трубки отстоит от поверхности стенки цилиндра на величину Ъ = 0,2-0,4 внутреннего диаметра отверстия трубки 2. Цилиндр с внешней стороны снабжен холодильником 5, опоясывающим его стенки.

Дополнительно устройство снабжено металлосборником б, к которому жестко прикреплен пружинный съемник

7, контактирующий с внутренней поверхностью стенок цилиндра.

Устройство работает следующим образом.

Металлы и сплавы плавятся в печи

1 и по разливочной трубке 2 подаются в. виде тонкой струи на внутреннюю поверхность стенок вращающегося цилиндра, где и затвердевают с большой скоростью. При этом смещение разливочной трубки относительно вертикального диаметра цилиндра на величину 0,3-0,4 этого диаметра позволяет достигать минимальной

829328 ником 7, закрепленным на кожухе металлосборника 6, где происходит пакетирование тонких пленок, затвердевших при больших скоростях охлаждения.

Плавка Предел прочности Предел теку- Твердость, НВ кг/мм чести, кг/мм 20 4С 250 4С

Способ охлаждения рабочего цилиндра

144-149 105-117

С воздушным охлаждением рабочего цилиндра

48,4-49,6

54,1-55,2

144-149 . 105-114

139-142 93-105

149-161 71-78

То же

49,2-51,3

47,3-48,0

36,4-37,1

55,6-57, 1

52,6-54,5

42,1-44,0

Без охлаждения рабочего цилиндра

П р и м е ч а н и е: Плавки 1 вЂ” 3 приготовлены соответственно по среднему, верхнему и нижнему пределам содержания компонентов, плавка 4 приготовлена по среднему содержанию компонентов.. Формула изобретения скорости подачи жидкого металла при максимальной производительности устройства. Наклон разливочной трубки к вертикальной оси цилиндра на угол el= 45-75О позволяет установить оптимальные условия истечения струи жидкого металла и его размазывания по поверхности стенок цилиндра. Величина зазора Ъ =-0,2-0,4 диаметра отверстия разлиьочной трубки определяет непрерывность подаваемой струи жидкого металла, Для обеспечения стабильности теплового режи.ма и непрерывности процесса кристаллизации наружная поверхность стенок вращающегося цилиндра интенсивно охлаждается путем подвода к цилиндру струй охлаждающего агента, например воздуха. Поддержание низкой (30-40О С) температуры охлаждающей поверхности цилиндра гарантирует получение сплава с высокими механическими свойствами (см. таблицу).

Струйный подвод охлаждающего агента обеспечивает .максимальную интенсивность теплопередачи по сравнению с известными методами охлаждения.

Тонкие пленки металла, прилипшие к внутренней поверхности вращающегося цилиндра, удаляются пружинным съемКак следует из таблицы, прессованные образцы из пленок, полученных без воздушного охлаждения рабочего цилиндра (плавка 4), отличаются низким уровнем прочностных свойств, . повышенной твердостью в холодном состоянии, затрудняющей механическую обработку изделий, и поииженной твердостью при рабочей температуре изделия (250 С), что ухудшает износостойкость вставки. !

Норшневые вставки, отпрессованные иэ пленок, полученных на охлаждаемом цилиндре, гокаэывают высокий комплекс механических свойств, в том числе высокую твердость при 250ОС, Предлагаемое устройство применяют для получения тонких пленок, затвердевших с большой скоростью, из сплава, содержащего следующие компоненты.Ъ:

Кремний 32-38

Кальций 0,6-0,9

Марганец 0,05-0,07

Железо 1,5-2,0

Титан 0,6-0,9

Цирконий 0,2-0,4

Углерод 2,0

-Алюминий Остальное

Сплав предназначен для изготовления армирующих вставок для упрочнения зоны канавки под первое компрессионное кольцо поршней форсированных дизельных двигате ей типа

СМД-14, СМД-60 и Д-240. После холодного брикетирования; спекания и последующего горячего прессования образцы из указанного сплава обнаруживают следующие механические свойства (см . таблицу). превышающую твердость такого теплопрочного материала, как САП-З.

Стендовые испытания поршней

СИД-14 и СМД-60 показывают повышенную стойкость сопряжения . кольцо55,канавка, позволяющую ожидать уве личения ресурса дэигателя при работе в полевых условиях на 25-30%.

1. Центробежное устройство для высокоскоростной кристаллизации металлов и сплавов, содержащее плавильную печь и цилиндр, свяэан65 ный с приводом вращения, о т л и ч а829328 ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности за счет непрерывности технологического процесса, плавильная печь снабжена стационарно установленной разливочной трубкой, ось выходного отверстия которой направлена на внутреннюю поверхность стенки цилиндра под углом, а ее торец 1.азмещен от этой поверхности с зазором, причем цилиндр снабжен кольцевым холодильником, установленным вокруг внешней его поверхности, 2, Устройство по и, 1. о т л ич а ю щ е е с я тем, что величина зазора между торцом разливочной трубки и внутренней поверхностью. цилиндра составляет 0,2-.0,4 внутреннего диаметра отверстия разливочной трубки, а сама разливочная трубка наклонена к внутренней поверхности стенки цилиндра под углом Ы., равным 45-7У .

3. Усгройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что разливочная трубка смещена относительно вертикального диаметра цилиндра на величину 0,3-0,4 этого диаметра по направлению вращения цилиндра, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мирошниченко И,С, и Салли И.В.

Установка для кристаллизации сплавов с большой скоростью. - Заводская лаборатория ", М., 1959, 9 1, 2. Якунин A.A. Установка для

l5 кристаллизации тугоплавких сплавов с большой скоростью охлаждения.

Неравновесная кристаллизация металлических расплавов. Днепропетровск, .издательство ДГУ, 1972, 829328 фце. Л

Составитель A. Минаев

ТехредМ. Коштура Корректор Н. Бабинец

Редактор С, Лыкова

Тираж 869 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2737/20

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4