Способ получения металлическихгранул

 

Союз Советских

Социалистических

Республик .

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЗЬСТВУ

<о831371

«Ф

Ч(I, б=:- Ъ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 121079 (21) 2826196/22-02 (51)М. Кл.

В 22 F 9/08 с присоединением заявки H9—

Государствеииый комитет

СССР

IIo делам изобретеиий и,открытий б (23) Приоритет

Опубликовано 230581. Бюллетень No 19

Дата опубликования описания 230581 (53) УДК 621. 762. 224 (088. 8). (72) Авторы изобретения

A. И. Батурин, A.Т. Кольцов и В. В. Яковлев

1 !

3.

I с

А (1

f (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ

Изобретение относится к порошко- 1 вой металлургии,. в частности к способам получения гранул иэ расплавленного металла.

Известен способ получения металлических гранул, включающий распыление поступающей из тигля струи расплава направленным потоком инертного газа и охлаждение образующихся частиц металла в процессе их свободного падения и контакта с охлаждающей жидкостью на дне емкости j1) .

Однако полученные гранулы имеют неравномерный гранулометрический состав. Многие частицы содержат поры, заполненные инертным газом. Интенсивный массообмен между газом и металлом, происходящий за .счет их высоких от-. носительных скоростей, приводит к окислению поверхности частиц даже при очень малом содержании кислорода в распыливающем газе, что является причиной неспайности по границам гранул в контакте. Такие изделия при испытаниях на длительную прочность оказываются чувствительными к концентраторам напряжений.

Известен способ получения металлических гранул, заключающийся в том, что через расплавленный металл, помещенный в вакуум, пропускают газ, например водород, давление паров которого значительно превышает давление паров металла, а затем перепускают его через отверстие в вакуумную камеру. Вследствие падения наружного давления и температуры содержание газа в металле оказывается выше равновесного, в результате чего происходит резкое выделение газа иэ металла с образованием газовых пузырей .

Металл распадается на капли. Каждая капля превращается в пленочный пузырь, который как-бы взрывается. И в этих продуктах разрушения может продолжаться газовыделение, если давление оставшегося растворенного газа будет выше суммы давлений наружной газовой фазы и капиллярного давления в капле. В силу резкого увеличения поверхности при распаде струи расплава на капли металл быстро охлаждается и застывает C2) .

Поверхность гранул, полученных описанным способом, не содержит окисных пленок, так как способ не требует высоких относительных скоростей газа и металла.

Недостаток способа — низкое качество гранул вследствие образования

831371 большого количества полых частиц.

Гаэ, находящийся в закрытых порах, не удаляется при вакуумировании и дегазации. Это приводит к тому, что в последующем процесс компактирования не сможет обеспечить получение беспористой заготовки. Кроме того, такие гранулы вследствие нерегулируемости процесса имеют случайный фракционный состав.

Цель изобретения — повышение качества гранул и достижение регулиру емости процесса, а также, создание возможности получения сплавов эа пределами области взаимной раство-римости их компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения металлических гранул, включающем диспергирование расплава пузырями инертного газа и охлаждение продуктов диспергирования, инертный газ пропускают одиночными восходящими пузырями сквозь стационарную ванну расплава,а продукты диспергирования улавливают над поверхностью расплава до их -падения в ванну и принудительно отводят в зону охлаждения.

При этом улавливание и отвод продуктов диспергирования осуществляют созданием локального разрежения над зеркалом ванны.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно отрафинированный металл, подлежащий распылению, расплавляют в электропечи, заполненной инертным газом высокой чистоты, например гелием, аргоном и т.п.

Через пористые огнеупорные вставки, вмурованные в донную часть футеровки печи„ подают инертный газ в пузырьковом режиме. В гидромеханике пузырьковым режимом считается такой режим движения газа в жидкости,при котором газовые пузыри в процессе своего. зарождения, роста, всплывания и выхода из металла сохраняют свою индивидуальность для разных металлов в связи с существенным различием их физических свойств оптимальные параметры пузырей различны, для каждого конкретного металла (или сплава) их определяют заранее эмпирическим путем (например, для железо-углеродистых сплавов глубина всплывания может быть выбрана

10 см, а размер пузырей не более

1 см).

Размер гранул, получающихся в результате разрушения пленки, определяется толщиной этой пленки по формуле

8 = ЗК, где d — - размер гранул;

g - -толщина разрушающейся пленки.

В свою очередь, параметр д" определяется поверхностным натяжением металла, а значит для определения

55 бр

65 крупных получающихся частиц (500 мкм)

Гранулы, получаемые по предлагаемому способу, имеют совершенную сферическую форму, беэ пор. На поверхности окислов не обнаружено. Насыпная плотность возрастала до 2,7 г/см т.е. на 18%.

Полученный порошок в массе имеет более узкий гранулометрический состав и более совершенную форму по сравнению с порошком, распыляемым . сплава — температурой э того сплава.

В силу данной закономерности,фракци онный состав гранул легко поддается регулированию, его регулируют путем изменения температуры. Так как температурный коэффициент поверхностного натяжения различается для разных металлов и сплавов даже по знаку, то

3 функциональную связь между температурой металла T и размером гранул

d=f (Т) устанавливают заранее, проводя специальное исследование.

Заключительной операцией способа является улавливание продуктов диспергирования над поверхностью расплава до их падения в ванну и принудительный отвод в зону охлаждения.После разрушения пленки диспергированные частицы выносятся поверх потоком газа, который расширяется в результате снятия капиллярного давления после. щ вскрытия пузыря. Чтобы предотвратить возврат частиц в ванну, их отводят из зоны распыления созданием локального разрежения над зеркалом ванны

Скорость потока отводящего газа устанавливают на 5-10% выше скорости витания частиц. При более низкой скорости газового потока некоторые частицы могут оседать обратно в ванну, так как поле скоростей неравномерно и на отдельных участках скорость потока может оказаться ниже скорости витания наиболее крупных частиц. При очень высокой скорости выдувающего газа ускоряющего процессы

35 массообмена в системе "газ-металл" и гранулы могут окисляться.

Пример . Способ осуществляют для получения порошка железа ПЖ4К.

Работу проводят на специальной лабора4р торной установке. Распыляемый металл готовят в индукционной печи, питающейся от лампового генератора ЛПЗ 67В.

Масса металла 3 кг. Гранулы получают путем пропускания инертного газа в пузырьковом режиме через пористую

45 пробку, вмурованную в центр донной части магнезитового тигля. Параметры пузырей следующие: глубина всплывания 100 мм, средний размер 10 мм. Отбор диспергированного металла осу"

® ществляют путем отсоса частиц через алундовую трубу сечением 20 мм. Производительность насоса при этом составляет 20 л/мин. Такая скорость на

5% выШе скорости витания наиболее

831371

Формула изобретения

Составитель Г. Еибовский

Редактор М.Ликович Техред М. Голинка

Корректор В. Бутяга

Заказ 3726/71 Тираж 869 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.Я/5

Филиал ППП Патент, r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4 под действием выделяющегося в ваку- уме водорода, количество годных гранул возрастает с 47% до 90%.

Помимо повышения качества гранул предлагаемый способ обеспечивает регулируемость процесса. Можно легко и быстро регулировать как скорость подачи распыляющего газа, так и тем-. пературу ванны, которая однозначно определяет средний размер частиц: при температуре опыта 1580 С частицы имеют средний размер - 300 мкм.

Предлагаемый способ может быть использован при получении особо высококачественного порошка для изготовления деталей ответственного назначения, в целях получения некоторых видов новых сплавов, которые невозможно получить известными методами.

1. Способ получения металлических гранул, включающий диспергирование расплава пузырями инертного газа и охлаждение продуктов диспергирования, отличающийся тем, что, с целью повышения качества гранул,достижения регулируемости процесса и получения сплавов за пределами области взаимной растворимости их компонентов, инертный газ пропускают одиночными восходящими пузырями сквозь стационарную ванну расплава, а продукты диспергирования улавливают иад поверхностью расплава до их падения в ванну и принудительно отводят в зону охлаждения.

2. Способ по п:1, о т л и ч а юшийся теи, что улавливание и

15 отвод продуктов диспергирования осуществляют созданием локального разрежения над зеркалом ванны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

7П 1. Авторское свидетельство СССР

455801, кл. В 22 0 23/08, 1975.

2. Патент QaA 9 3510546, кл. 264-13, 1970.