Двостадійний спосіб формування структури виливка

Реферат: Винахід належить до ливарного виробництва. Двостадійний спосіб формування структури виливка включає операції приготування напіврідкого металу, в якому частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 0,1-0,4 °C/с, а залишкову частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 2,0-100 °C/с. Спосіб дозволяє регулювати властивості виливка в залежності від потреб виробництва. UA 102333 C2 (12) UA 102333 C2 UA 102333 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до ливарного виробництва і може бути використаний для виготовлення виливків із кольорових сплавів, що мають високу щільність, пластичність та міцність в умовах лиття під тиском або рідкої штамповки. Відомий спосіб лиття в металеву форму (Колобнев И.Ф., Крымов В.В., Мельников А.В. Справочник литейщика /Цветное литье из легких сплавов. Изд. 2-е переработ. и доп. - М.: Машиностроение, 1974.-416 с.), в якому підготовлений для заливки метал заливають в металеву форму. В результаті кристалізації металу в формі виливок біля стінок форми має дрібнокристалічну структуру, до якої прилягає зона стовпчастих кристалів, за якою всередині виливка розташована зона рівновісних кристалів. Змінюючи у відомих межах теплофізичні характеристики форми, можна змінювати товщину зон кристалів, механічні та експлуатаційні властивості виливків. Недоліком методу є те, що виливки, одержані цим способом, маючи кристали різної форми та розмірів, розміщені пошарово в окремих зонах виливка, а це є причиною анізотропії цих зон та зниження механічних та експлуатаційних властивостей готових виробів, що змушує конструкторів орієнтуватися на найнижчі їх значення. Відомий спеціальний вид лиття в металеву форму (Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов.- М.: Металлургия, 1975.272 с.) в якому за допомогою вібрації значно підвищують щільність виливка, знижують дендритну та зональну неоднорідність, подрібнюють кристалічну структуру. Недоліком такого способу є складність процесу, додаткові енергетичні затрати та й те, що він все ж таки не дозволяє уникнути анізотропії виливка в його перерізах. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб одержання напіврідкого Al-Si сплаву з глобулярною структурою (Commercial development of the semisolid rheocasting (SSR™) process. Yurko Janes A., Martinex Raul A., Flemings Merton C. (Massachusetts Institut of Technology), Fonderie press. Int 2004, N2, c. 30-34, 8 іл., табл. 2), по якому розроблений спосіб одержання напіврідкого Al-Si сплаву безпосередньо з охолодженого розплаву. В розплав при температурі Тлікв.+ 10-30 °C вводиться графітовий стрижень, що охолоджується водою і інтенсивно обертається, що продовжується до охолодження розплаву нижче температури ліквідус. В цій зоні починають виділятися багаточисельні кристали глобулярної форми. На цій стадії процесу стрижень витягується з ванни і при спокійному охолодженні розплаву у всьому об'ємі виділяються кристали. Охолодження розплаву закінчується при досягненні заданого співвідношення твердої та рідкої фази. Недоліком такого двостадійного способу є складність процесу, пов'язана з контролем температури водоохолоджуваного стрижня, що обертається, в зоні контакту його з рідким металом, а також складність контролю за розмірами одержуваних кристалів, неконтрольованість процесу виділення кристалів із залишкової частини рідкої фази при спокійному охолодженні всього об'єму розплаву. Необхідно також відзначити, що за допомогою такого способу отримується сплав, який складається з структурних елементів (кристалів, зерен) приблизно однакового розміру. В основу винаходу поставлена задача створення такого способу лиття, в якому шляхом двостадійної обробки при різних технологічних режимах кристалоутворення у структурі виливка будуть наявні одночасно зерна різного розміру та морфології, що дозволить одночасно отримати властивості, притаманні як виливкам з великим зерном, так і виливкам з малим зерном, а це спростить процес одержання структури, яка забезпечить необхідні механічні властивості. Одержана таким способом структура дозволяє регулювати властивості виливка в залежності від потреб виробництва. Для одержання, наприклад, максимальної міцності необхідно вести процес охолодження зі швидкостями таким чином, щоб одержати мінімальний розмір зерна. А для отримання жароміцних властивостей виливка процес необхідно вести таким чином, щоб одержати максимально можливий розмір зерна. А для того, щоб отримати помірну жаростійкість при підвищеній при цьому міцності, структура має бути змішаною, що складається як з крупнозернистих, так і дрібнокристалічних зерен. Поставлена задача вирішена тим, що в двостадійному способі формування структури виливка, що включає операції приготування напіврідкого металу, згідно з винаходом, частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 0,1-0,4 °C/с, а залишкову частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 2,0-100 °C/с. Таке двостадійне формування -фази дозволяє одержати у виливку дві рівномірно розміщені між собою різновидності структури з двома середніми перерізами -фази. Така неоднорідна концентрація зерен крупної та дрібної -фази дозволяє регулювати властивості виливка в залежності від потреб промисловості. Це підтверджено спеціально проведеними дослідами. 1 UA 102333 C2 5 10 15 При швидкості охолодження нижче 0,1 °C/с процес малопродуктивний. При швидкостях охолодження, які знаходяться в інтервалі 0,4-2,0 °C/с, спостерігається зона нестабільності, а швидкості охолодження понад 100 °C/с потребують додаткових енергетичних витрат. Випробування пропонованого способу формування структури виливка проводилось на широко інтервальному сплаві АК7ч наступного складу, мас. %: 7,5 Si; 0,29 Mg; 0,12 Fe; 0,028 Mn; 0,005 Сu; 0,0015 Ті; Аl - основа. Для даного складу елементів сплаву температура ліквідус, яка встановлена методом термічного аналізу, складає 616 °C. Маса сплаву складала 3000 г. На першій стадії для формування первинної -фази сплав з температури перегріву 740 °C охолоджували до температури 610 °C зі швидкістю 0,22 °C/с, а потім перемішували, для формування залишкової частини -фази сплав охолоджували зі швидкістю 7,2 °C/с. Методом загартування одержаного сплаву встановлено, що 24-26 % процентів первинної -фази має середній переріз кристалів в діапазоні 200-300 мкм, а залишкова частина а-фази має середній переріз кристалів в діапазоні 40-50 мкм. Таким чином, одержання кристалів первинної -фази двостадійним процесом дозволяє регулювати розміри первинної -фази. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Двостадійний спосіб формування структури виливка, що включає операції приготування напіврідкого металу, який відрізняється тим, що частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 0,1-0,4 °C/с, а залишкову частину твердої фази формують зі швидкістю охолодження 2,0-100 °C/с. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2