Способ обработки кристаллизующегося сплава ультразвуком

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистическнк т м убл (1)971572 (6t) Дополнительное к авт. свид-ву М К,т з

В 22 Р 27/02 (22) Заявлено 0801@1 (21) 3237975/22-02 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано .071182, Бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 0711,82 (53) УДК 621.746, .58(088.8) 1., -. („,,.

*...

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт (72) Авторы изобретения

В.E.Êîáçàðü, В.М.Смирнов, tO.T.Âåðõoíñêèé и 10.И.Грачев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕГОСЯ СПЛАВА

УЛЬТРАЗВУКОМ

Способ относится к области ли-. тейного производства и металлургии, в.частности к способам повышения плотности отливок и слитков с помощью ультразвука. .Затвердевание и кристаллизация отливки сопровождается уменьшением ее объема и фильтрацией расплава по ,капиллярам между Растущими кристаллами. В местах прекращения фильтрации расплава возникают поры. Так образуется очень распространенный порок отливок . — пористость, интенсификация фильтрационного питания отливок позволяет уменьшить их пористость и увеличить плотность.

При обработке расплавов ультразвуком волны оказывают дополнительное давление на жидкий металл, способствуя фильтрации его между кристаллами.

Известен способ обработки расплавленного металла ультразвуком, заключающийся в том, что расплав обрабатывают ультразвуком при температуре на 5-30оС выше температуры ликвидуса.

Однако для этого способа характер-.

: на высокая энергоемкость и малая эф- ° фективность влияния на уплотнение отливок, обусловленная тем, что обработка расплава ультразвуком производится до начала. процессов усадки и фильтрационного питания отливки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемой цели является способ ультразвуковой обработки кристаллизующего расплава путем введения излучателя в его верхнюю часть (21.

Сущность способа заключается в том, что в верхней части изложницы между тидким расплавом и излучателем устанавливают посредством погру жения акустический контакт и начинают обработку расплава ультразвуком. Обработку ультразвуком произво.дят дб полного затвердевания слитка.

При этом необходимым условием является постоянный контакт излучателя с жидкой фазой и следовательно отсутствие контакта с твердой фазой отливки или слитка до полного затвердевания его основной массы.

Основными недостатками известных способов является их высокая энерго?5. емкость и малое влияние на улучшение фильтрационного питания отливок иэ, за небольшой величины ультразвукового давления, что обуславливает недостаточное повышение плотности отливок.

971572

Цель изобретения — повышение качества отливок, в частности их плотности путем интенсификации фильтрационного питания..

Цель достигается тем, что в способе обработки кристаллизующего спла- 5 ва ультразвуком, включающем воздействие на кристаллизующийся расплав в направлении силы тяжести ультразвуковыми колебаниями, частоту кото рых настраивают и поддерживают в про-10 цессе кристаллизации в резонансе с частотой собственных колебаний отливки, контакт между отливкой и излучателем устанавливают после образования в отливке по крайней мере 38- 15

43% твердой фазы при интенсивности ультразвуковых колебаний 0,7-7,0 Вт/см1 а затем увеличивают интенсивность на 1-9 Вт/см на каждые 9,5-10,5В прироста количества твердой фазы.

Принципиальное отличие данного способа повышения пЛотности отливок с помощью ультразвука от известных заключается в том, что плотность отливок повышается не за счет эарожде- 25 ния новых центров кристаллизации и измельчения зерна, а за счет интенсификации фильтрационного питания отливок путем использования нового явления - ультразвукового капилляр- З0 ного эффекта, который возбуждается с помощью предлагаемого способа. Величина избыточного давления, действующего на расплав, в десятки и сотни раз превышает обычное ультразвуковое давление. Это способствует резкому увеличению скорости фильтрации расплава между растущими кристаллами, улучшению питания отливки и повышению ее плотности.

Начало ультразвуковой обработки отливок совпадает с началом процесса их фильтрационного питания, соответствующего в .зависимости от типа расплава и условий его охлаждения образованию от 35 до 45% тьердой фазы, 45

В этот период течения расплава между кристаллами он не испытывает особых затруднений иэ-за высокой пористости и,малого гидравлического сопротивления скелета отливки. Поэтому для ин- .50 тенсификации фильтрации достаточно небольших давлений, создаваемых ультразвуковыми колебаниями 0;7-7 Вт/см

В процессе кристаллизации из-за возрастания количества твердой фазы, увеличения неровностей на поверхности кристаллов, образования и переплетения дендритных ветвей второго, третьего и более высоких порядков уменьшается пористость и резко возрастает гидравлическое сопротивление скелета отливки. В связи е этим значительно затрудняется фильтрацнонное питание затвердевающей отливки, и в конце периода затвердевания для пропитки пор расплавом необходимы более высокие давления,.создаваемые ультразвуком, интенсивность которого повышается на 1,9 Вт/ см на каждые

10% прироста количества твердой фазы. Отмеченные пределы необходимой интенсивности ультразвука обусловлены большим многообразием кристаллического строения эатвердевающих отливок и зависят от физических свойств расплавов.

Ниже приводится девять примеров выйолнения предлагаемого способа в сравнении со способом, взятым эа прототип, и способом без ультразвуковой обработки.

Проводилась ультразвуковая обработка затвердевающих слитков из бронзы марки БРО10. Источником колебаний. является генератор УЗТ-9, оборудованный автоматической настройкой в резонансную частоту. Масса слитков составляет 10 кг, температура замерялась хромель-алюминиевыми термопарами, а регистрация результатов производилась потенциометром. Количество образовавшейся твердой фазы определялась с помощью диаграммы состояния Cu-Sn, в зависимости от температуры слитка.

Ультразвуковая обработка слитков производилась после образования 38, 43 и 48% твердой фазы слитка; Для этого между излучателем ультразвуковых колебаний .и кристаллическим скелетом устанавливался механический контакт. Резонансная частота настраивалась автоматически. Обработка производилась в трех режимах. Начальная интенсивность обработки 0,7; 3 и

7 BT/ñì . Повышение интенсивности соответственно 1, 4 и .9 BT/см на каждые 10% вновь образовавшейся твердой фазы. С целью повышения сравнительных результатов в аналогичных условиях производилась заливка и кристаллизация слитков без ультразвуковой обработки и по способу, взятому за прототип.

Для определения плотности и прочности бронзы иэ слитков вырезались образцы. Плотность образцов определялась гидростатическим методом, а прочность — стандартным. Результаты испытаний представлены в таблице.

971572

Интенсивност обработки, Вт/см

Твердая фаза в начале обработки

Способ обработки

Р по по- рядку

Предел прочности при растяжении, кгс/мм

Расход энергии кВт лотность образцов, кг/и310-З

Предлагаемый

От9

8,79

0,7-1

3-4

8,82

3 5

7,4

7-9

8,85

0,8

0,7-1

8,79

3,1

8,84

3-.4

6, 6

7-9

8,88

0,7-1

8,77

0,6

2,7

8,80

3-4

7-9

5,7

8,82

Необработанный сплав.8, 71

0-0

18,2

S,82

Известный

ВНИИПИ Заказ 8811/23 Тираж 852 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Анализ результатов таблицы показывает,. что увеличение интенсивности сверх 7-9 Вт/см (п.3 табл.) не рационально иэ-за невысокого увеличения плотности и прочности в сравнении с более низкими интенсивностями. Начало ультразвуковой обработки до образования 38% твердой фазы отливки и после 43% также производить нецелесообразно, так как в этих случаях (см. пп. 11 и 7) падает плотность и прочность бронзы, т.е. снижается эффективность обработки. Обработка о предлагаемому способу (см. табл. п. 6) повышает прОчность бронзы по сравнению с не обработанной (п.10) на 40% и .. прототипом,(п. 11) на 12% при одновременном повышении плотности 50 бронзы и меньших в 2,5 раза затратах энергии.

Внедрение заявляемого способа .повыаения плотности отливок и слитков позволяет значительно улучшить И качества их металла и получить только в условиях днепропетровского Юж, машзавода экономический эффект при мерно 195 тыс.py6..

Формула изобретения 4щ

СпОсоб обработки кристаллизующе- гося сплава ультразвуком, включающий воздействие на кристаллиэующийся расплав в направлении силы тяжест ультразвуковыми колебаниями, частоту которых настраивают и поддерживают в процессе кристаллизации в резонансе с частотой собственных колебаний отливки, о т л и ч а ю щ и йс я,тем, что, с целью повышения качества отливок,. в частности их плотности, путем интенсификации фильтрационного питания, контакт между отливкой и излучателем устанавливают после образования в отливке по крайней мере 38-43В твердой фазы при интенсификации ультразвуковых колебаний 0,7-7,0 Вт/см, а затеи увеличивают интейсивность на 1-9 BT/си на каждые 9,5-10,5% прироста количества твердой фазы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 483190, кл. В 22 D 27/02, 1975.

2. Теуиин И.И. Обработка ультразвуком металлов в процессе кристаллизации. Проблемы металловедения и физики металлов,. М., Металлургиэдат, Труды ЦНИИУМ М 7, 1962, с. 375-416 (прототип).