Спосіб обробки розплаву металу, що кристалізується

Спосіб обробки розплаву металу, що кристалізується, шляхом дії на нього високовольтними розрядними імпульсами струму, який відрізняється тим, що високовольтні розрядні імпульси струму пропускають густиною від 40 до 60 А/см2, починаючи з моменту початку утворення твердої фази у розплаві металу та закінчуючи, коли частка твердої фази складає 40-100 %. (19) (21) u201011212 (22) 20.09.2010 (24) 11.04.2011 (46) 11.04.2011, Бюл.№ 7, 2011 р. (72) БОРИСОВ ГЕОРГІЙ ПАВЛОВИЧ, ГРАБОВИЙ ВАЛЕРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ІВАНОВ АРТЕМ ВОЛОДИМИРОВИЧ, СІНЧУК АЛЛА ВАДИМІВНА, ЦУРКІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ІМПУЛЬСНИХ ПРОЦЕСІВ І ТЕХНОЛОГІЙ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 58349 литого металу і таким чином підвищити якість відливка. Суть корисної моделі полягає в тому, що у способі обробки розплаву металу, що кристалізується, шляхом дії на нього високовольтними розрядними імпульсами струму, згідно з корисною моделлю, високовольтні розрядні імпульси струму пропускають густиною від 40 до 60 А/см2 починаючи з моменту початку утворення твердої фази у розплаві металу та закінчуючи, коли доля твердої фази складає 40 -100%. Розкриваючи причино - наслідковий зв'язок між ознаками способу, що заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відмітити, що ознака " високовольтні розрядні імпульси струму пропускають густиною від 40 до 60 А/см2, забезпечує оптимальний режим обробки та сприяє гомогенізації розплаву та видаленню газу та неметалевих включень Ознака " починаючи з моменту початку утворення твердої фази у розплаві металу та закінчуючи, коли доля твердої фази складає 40 – 100 %, дозволяє керувати ступенем переохолоджування на міжфазній границі і відповідно оптимізує процес за з швидкістю кристалізації. Це призводить до зниження ширини зони стовбчастих кристалів та зниження їх середніх розмірів на 15 %, забезпечує активну дію при формуванні рівноосних кристалів та зниження їх середніх розмірів на 50 %. В результаті такої дії домішки рівномірно розподіляються по перетину відливка і локально не скупчується. Таким чином, сукупність відмінних ознак корисної моделі, що заявляється, з відомими істотними ознаками дозволить одержати максимальну кількість затравок зародків кристалізації у розплаві та рівномірний розподіл домішок по перетину відливка і за рахунок цього у розплавах різного складу підсилити процес насичення металу зародками кристалізації при формоутворенні, одержати понайдрібніші зерна структури у відливку, усунути зональну хімічну неоднорідність /ліквацію/, підвищити фізико-механічні властивості литого металу і таким чином підвищити якість відливка. Спосіб, що заявляється, пояснюється кресленням, де зображена схема обладнання для реалізації способу. 4 Обладнання для реалізації способу обробки розплаву металу, що кристалізується, містить позитивний 1 та негативний 2 електроди, які з'єднані з генератором імпульсів струму (ГІС) 3, утворюючи електричне коло. Причому (як показано на кресленні) знаки полярності для різних випадків можуть змінюватися. Електрод 1 занурено у розплав 4 металу або сплаву, наприклад, у виливницю 5, яку встановлено на електроізоляційній прокладці 6. Негативний електрод 2 закріплено у донній частині виливниці 5. Спосіб здійснюють таким чином. Після отримання розплаву металу або сплаву 4 (наприклад, розплаву чистого алюмінію) його виливають (при температурі 740 °С) у виливницю 5, вводять у розплав 4 позитивний електрод 1, замикають електричне коло: ГІС 3 - позитивний електрод 1- розплав металу 4 - негативний електрод 2, та починають (при температурі 720 °С) обробку розплаву високовольтними розрядними імпульсами струму, які пропускають густиною від 40 до 60 А/см2. У конкретному прикладі амплітуда струму становила 5 кА, поверхня металу 100 см2. Слід відзначити, що обробка може виконуватись у ливарній формі та у кокілі. Така дія виконується із заданою частотою чередування імпульсів струму до закінчення часу обробки. Пропускання через розплав, який кристалізується, див. тверда кірочка 7 на кресленні, високовольтних розрядних імпульсів струму при власній частоті розрядного струму 110±10 кГц (у прикладі період 9 мкс), створює глибоке переохолодження на міжфазній границі і відповідно збільшує швидкість кристалізації. При цьому виникає періодичний захват твердою фазою домішок, що скупчуються в процесі вибіркової кристалізації в рідкій фазі перед границею розділу. В результаті цього домішки рівномірно розподіляється по перетину відливка і локально не скупчується. Після закінчення обробки високу напругу вимикають, електроди від'єднують та виливницю із високоякісним відливком передають у наступний переділ. Результати випробування наведено у таблиці, де показано зниження параметрів структурної неоднорідності дослідного металу на, %. Таблиця Ширина столбчатої зони Розмір столбчатих зерен Розмір рівноосних зерен Доля твердої фази в розплаві від початку кристалізації, % 60 80 100 40 15 40 40 40 15 35 35 35 20 40 45 50 Дослідження довели, що введення дії на розплав металу, що кристалізується, високовольтними розрядними імпульсами струму, дозволяє досягнути необхідного переохолодження на фронті кристалізації за рахунок термоелектричного ефекту Пельт'є. Така обробка виконується починаючи з моменту утворення твердої фази у розплаві металу та закінчуючи, коли доля твердої фази складає 40 - 100 %, що дозволяє керувати степенем переохолоджування на міжфазній границі і відповідно оптимізує процес за швидкістю кристалізації. При цьому забезпечується періодичний захват твердої фази домішок, що скупчуються в процесі вибіркової кристалізації в рідкій фазі перед границею розділу стовбчастий кристал - розплав. Це призводить до зниження ширини зони стовбчастих 5 58349 кристалів та їх середніх розмірів на 15 %, також реалізується активна дія на процеси формування рівновісних кристалів та приводить до зниження їх середніх розмірів на 50 % (див. табл.). В результаті такої дії домішки рівномірно розподіляються по перетину відливка. Таким чином, використання способу дозволить одержати максимальну кількість затравок зародків Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 кристалізації у розплаві та рівномірний розподіл домішок по перетину відливка, і за рахунок цього у сплавах різного складу підсилити процес насичення металу зародками при формоутворенні, одержати понайдрібніші зерна структури у відливку, усунути зональну хімічну неоднорідність /ліквацію/, підвищити фізико-механічні властивості литого металу і таким чином підвищити якість відливка. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601