Спосіб обробки розплаву металу

Спосіб обробки розплаву металу, що має вигляд циркулюючого потоку, змінним тиском за рахунок електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем, який відрізняється тим, що перед початком електрогідроімпульсної дії у розплав вводять активний флюс. Винахід відноситься до області ливарного виробництва та металургії і може бути застосований при обробці рідких металів та сплавів у процесі їх рафінування активним флюсом. Відомо спосіб обробки розплаву металу [Деклараційний патент України №65758А, МПК 7 В22D 27/00, опубл. 15.04.2004, ПВ №4], який включає обробку розплаву змінним тиском за рахунок електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем при модулюванні параметрів дії, причому попередньо у локальній зоні розплаву дією електромагнітних сил створюють низхідний потік розплаву, вміщують до нього хвилевідний стрижень та забезпечують циркуляцію розплаву таким чином, щоб, як мінімум, одноразово увесь об'єм розплаву зазнавав електрогідроімпульсної дії. Така обробка передбачає позапічну дегазацію та рафінування розплаву. Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: обробка розплаву змінним тиском за рахунок електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем. Причини, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: спосіб не дозволяє ефективно рафінувати розплав від домішок тому, що не передбачає дій, які спрямовані на інтенсифікацію процесу видалення шкідливих (щодо обробляємого розчину) хімічних компонентів, які розчинені у розплаві. Прототипом способу, що заявляється, є спосіб обробки розплаву металу [Деклараційний патент України №63 544А, МПК 7 В22D 27/08, опубл. 15.01.2004, ПВ №1], який включає обробку розплаву змінним тиском за рахунок (19) UA (11) 81352 (13) C2 (21) a200602969 (22) 20.03.2006 (24) 25.12.2007 (72) ГРАБОВИЙ ВАЛЕРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, UA, ГУМЕНЕНКО МИКОЛА КЛИМОВИЧ, UA, ЦУРКІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ФЕДЧЕНКО НАТАЛЯ АНАТОЛІЇВНА, UA, КРЕПТЮК ЯРОСЛАВ ВАСИЛЬОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ІМПУЛЬСНИХ ПРОЦЕСІВ І ТЕХНОЛОГІЙ НАН УКРАЇНИ, UA (56) UA, 65758, A, 15.04.2004 UA, 63544, A, 15.01.2004 UA, 48493, A, 15.08.2002 UA, 40038, A, 16.07.2001 SU, 1748932, A1, 23.07.1992 RU, 2162026, C1, 20.01.2001 3 електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем при модулюванні параметрів дії, причому попередньо у локальній зоні розплаву дією електромагнітних сил створюють висхідний потік розплаву, вміщують до нього хвилевідний стрижень та забезпечують циркуляцію розплаву таким чином, щоб, як мінімум, одноразово увесь об'єм розплаву зазнавав електрогідроімпульсної дії. Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: обробка циркулюючого потоку розплаву змінним тиском за рахунок електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем. Причини, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: спосіб не дозволяє ефективно рафінувати розплав від домішок тому, що не передбачає дій, які спрямовані на інтенсифікацію процесу видалення шкідливих (щодо обробляємого розчину) хімічних компонентів, які розчинені у розплаві. Зазвичай це виконується, наприклад при виробництві сплавів на основі А1 перемішуванням розплаву з активним флюсом. Неоднорідний за своїм складом потік розплаву (від макродефектів до мікро- чи субмікронедосконалостей) взаємодіє із флюсом та потребує активного перемішування, щодо якого використовується імпелер. Але таке перемішування не завжди дає очікуваний результат, так як частинки шлаку залишаються у розплаві. В основу винаходу поставлено задачу: удосконалити спосіб обробки розплаву металу шляхом введення нової сукупності дій, що дозволить активізувати процес рафінування розплаву від шкідливих домішок і, у сукупності з дією потужних акустичних коливань, покращити рафінування та гомогенізацію розплаву, структурну однорідність розплаву та литого металлу, підвищити механічні властивості литого металу. Суть винаходу полягає в тому, що у відомому способі обробки розплаву, який включає обробку циркулюючого потоку розплаву змінним тиском за рахунок електрогідроімпульсної дії від електророзрядної камери з електродами та зануреним у розплав хвилевідним стрижнем, згідно з винаходом, до початку електрогідроімпульсної дії у розплав вводять активний флюс. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністюознак винаходу і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відмітити, що ознака "до початку електрогідроімпульсної дії до розплаву вводять активний флюс" дозволяє забезпечити ефективну сукупну обробку розплаву. При цьому акустичне перемішування активного флюсу та розплаву, за рахунок хвиль тиску, генеруємих електрогідроімпульсною дією, сприяє активації масообмінних процесів у циркулюючому потоку розплаву та флюсу. При чому флюс забезпечує хімічну взаємодію з домішками, а 81352 4 електрогідроімпульсна дія збільшує поверхню цієї взаємодії, тобто інтенсифікує процес сукупної дії на розплав. Забезпечення рафінування та гомогенізації розплаву сприяє успішності обробки всього розплаву, дозволяє покращити структурну однорідність розплаву та литого металу. Разом це дозволить підвищити механічні властивості литого металу. Спосіб здійснюють таким чином. У ківш виливають розплав активного флюсу. Потім у ківш з флюсом виливають розплав, наприклад, сплаву АК9ч. У суміш розплаву та флюсу вводять (в осьовій зоні ковша) хвилевідний стрижень електророзрядної камери та виконують електрогідроімпульсну обробку у локальній зоні хвилевідного стрижня на протязі часу дії. Після завершення сукупної дії. на розплав видаляють хвилевідний стрижень та залишки флюсу. Розплав подають до розливання. Приклад виконання. Хімічний склад сплаву АК9ч: 7% Si, 0,6% Mg, 0,5% Мn, 0,2% Сu, 1,1% Fe, 0,2% Zn, 0,5% Ni, решта Al. Склад активного флюсу: 33% NaCl, 40% KCl, 15% Na3AlF6,12% NaF. Режим електрогідроімпульсної дії величина заощадженої енергії Wo = 2, кДж, частота подачі імпульсів f = 10Гц. Отримані результати наведені у таблицях 1, 2. Результати аналізу структури зразків спл Варіант технології Мікрозерно, балл Мікрошаруватість, % К Ц ЕГІО "Ф+ЕГІО" 5-7 5 9 9 7 5 4 3 Евтектика, AI+ Ро Об'єм, % части м 38 42 37 20 32 19 34 14 *K - контрольний метал; Ф - обробка флюсом; ЕГІО - електрогідроімпульсна обробка; "Ф+ЕГІО" сумісна обробка. Механічні властивості зразків сплаву Варіант технології К Ц ЕГІО "Ф+ЕГІО" Міцність, МПа 159 155 175 180 **К - контрольний метал; Ф - обробка флюсом; ЕГІО - електрогідроімпульсна обробка; "Ф+ЕГІО" сумісна обробка. Після обробки флюсом відбувається збільшення розміру мікрозерна, зменшення обсягу мікропор приблизно на 50%; а розмір часток Si в евтектиці зменшується в 2 рази. Властивост Пластичність, % 2,2 3,5 3,7 4,5 5 Після ЕГІО сплаву АК9ч розмір мікрозерна зменшився не тільки в порівнянні з контрольним металом, але і стосовно технології обробки розплаву флюсом. Обсяг шаруватості знижується приблизно на 60% у порівнянні з контрольним металом і на 15% у порівнянні з металом, обробленим флюсом. Розмір часток Si зменшується, як і після обробки флюсом, приблизно в 2 рази. Також знижується обсяг bфази (приблизно на 40%) і збільшується обсяг компактних інтерметалідів. Таким чином, після ЕГІО ми досягаємо більш сприятливих характеристик структури, чим після перших двох схем обробки. Після сумісної ж обробки розплаву "флюс + ЕГІО" розмір мікрозерна, у порівнянні з металом, отриманим після ЕГІО, не змінюється, а пористість додатково знижується приблизно на 30%. При цьому відбувається істотне (на 30%) зменшення розміру часток Si в евтектиці, причому модифікована форма евтектики зберігається. Зменшується у 3 рази обсяг голчастої b-фази (у порівнянні з контрольним металом) і збільшується обсяг компактних інтерметалідів. Усі перераховані вище зміни в структурі приводять до підвищення механічних характеристик металу. Результати виміру механічних властивостей наведено в табл.2. Так, тимчасовий опір після обробки флюсом, у порівнянні з традиційною технологією, практично не змінюється. Пластичність зростає на 40%. Після ЕГІО міцність збільшується, у порівнянні з контрольним металом на 15%, а пластичність приблизно на 45%. Сумісна обробка незначно збільшує міцність (у порівнянні з міцністю, яка отримана в металі після ЕРП) та додатково підвищує пластичність приблизно на 17%. Розглянемо отримані зміни структури і властивостей у взаємозв'язку. Відомо, що здрібнювання мікроструктури приводить до збільшення межі міцності. У нашому випадку ми спостерігаємо збільшення межі міцності зі зменшенням розміру мікрозерна, а також зі зменшенням обсягу мікропор обробленого металу. Найбільш ефективна у відношенні цього показника (міцності) сумісна обробка. З приведених результатів також видно, що при сумісній обробці "флюс+ ЕГІО" усувається недолік, властивий обробці флюсом - зростання розміру зерна. Спостерігається додаткове покращення структурних характеристик сплаву, у тому числі позитивна зміна морфології фаз інтерметалідів. Особливо важливо, що підвищуючи міцність сплаву, сумісна обробка "флюс+ ЕГІО" приводить до одночасного підвищення його пластичності в 2 рази в порівнянні з контрольним металом. Таким чином, наведений приклад використання способу свідчить про те, що визначення нової сукупності дій у способі обробки розплаву за рахунок електрогідроімпульсної дії на суміш активного флюсу та розплаву у циркулюючому потоку дозволить активізувати процес рафінування розплаву від шкідливих домішок і, у сукупності з дією потужних акустичних коливань, покращити рафінування та 81352 6 гомогенізацію розплаву, структурну однорідність розплаву. За рахунок цього усуваються дрібномасштабні неоднорідності, свідком чого є збільшення показників якості литого металу. В результаті це дозволяє оптимізувати процес обробки металу, за рахунок сукупної дії на розплав, підвищити механічні властивості та якість литих виробів.