Спосіб отримання метастабільних металів і сплавів з розплаву

Спосіб отримання метастабільних металів і сплавів з розплаву, який містить розплавлення металу або сплаву, нагрівання його до визначеної 28768 вання, що забезпечує їх засвоєння, розливання у відливки або зливки. Причини, які перешкоджають одержанню потрібного технічного результату: висока в'язкість розплаву (через операцію переохолодження) не забезпечує рівномірного розподілу затравок зародків і компонентів розплаву. Це, в свою чергу, перешкоджає їх повному засвоєнню при операції витримування. В результаті одержується: чергування зон, які характеризуються стабільним і метастабільним станом, різниця властивостей у різних перерізах відливка або брак. Послідовність операцій: нагрівання, переохолодження, введення затравок зародків, витримування - визначає тривале завантаження агрегату для доводки металу, зниження стійкості його елементів і високі енерговитрати. В основу винаходу поставлено завдання удосконалити технологію отримання метастабільних металів і сплавів шляхом впровадження нової допоміжної операції інтенсивного введення та засвоєння затравок зародків хвилеводом-випромінювачем, який витрачається, що забезпечить скорочення часу проведення ряду операцій позапічної обробки, рівномірно розподілить затравки зародків у мікро- макро- об'ємах розплаву та, за рахунок цього, дозволить досягти рівномірного розподілу метастабільних станів по перерізу відливка або зливка та їх властивостей, підвищення економічності виробництва. Суть винаходу полягає у тому, що у відомому способі отримання метастабільних металів і сплавів з розплаву, який містить розплавлення металу або сплаву, нагрівання його до визначеної температури, переохолодження, введення затравок зародків, які мають інший хімічний склад, витримування, яке забезпечує їх засвоєння, розливання у відливки або зливки. Згідно з винаходом, що пропонується, переохолодження металу або сплаву, введення затравок зародків і їх засвоєння роблять одночасово шляхом електрогідроімпульсної обробки при зануреному у розплав хвилеводі-випромінювачі, який витрачається, електророзрядного вібратора до часткового або повного насичення розплаву затравками зародків іншого хімічного складу. Суттєві ознаки винаходу: "Переохолодження металу або сплаву, введення затравок зародків та їх засвоєння роблять одночасово шляхом електрогідроімпульсної обробки при зануреному у розплав хвилеводі-випромінювачі, який витрачається, електророзрядного вібратора до часткового або повного насичення розплаву затравками зародків іншого хімічного складу" дозволяють швидко ввести у розплав, переохолодити його, рівномірно розподілити затравки по об'єму розплаву та інтенсифікувати процес їх засвоєння. Наслідком такого удосконалення є скорочення часу позапічної обробки, рівномірний розподіл затравок зародків в об'ємі розплаву, інтенсифікація процесу їх засвоєння. У результаті забезпечується рівномірний розподіл метастабільних станів по перерізу відливка або зливка та їх властивостей. Результати реалізації способу підтверджено графіками, які наведено на фіг. 1 - фіг. 4, де фіг. 1 - діфрактограма дослідного металу (спосіб, що пропонується); фіг. 2 - діфрактограма контрольного металу (прототип); фіг. 3 - мікроструктура конт рольного металу після термообробки; фіг. 4 - мікроструктура дослідного металу після термообробки. Спосіб отримання металів або сплавів реалізовано таким чином. Об'єктом обробки було використано сплав марки 250´25 НТ. Хімічний склад сплаву наведено у таблиці. Таблиця Склад елементів, % (за масою) C Cr Мn Si Ni Tі S Р 2,78 24,18 0,8 0,95 0,54 0,17 0,02 0,053 Для одержання розплаву та нагрівання його до визначеної температури застосовували індукційну піч ІСТО,15. Температура металу перед зануренням у розплав хвилеводу-випромінювача, який витрачається (Ст 3сп) становила (1580-1600)°С. Після цього занурювали у розплав хвилеводвипромінювач, який витрачається, діаметром 30 мм на глибину 300 мм і починали електрогідроімпульсну обробку. Через 2 хвилини частка хвилеводу, яка витрачається повністю засвоювалась розплавом, масова витрата металу становила 1,665 кг (за 2 хвилини). Після цього ЕГІО припиняли, а сплав розливали у піщано-глинисту форму та отримували відливок типу "колесо" насоса для мокрого емульгування пульпи. Результати, які підтверджують отримання метастабільних станів, наведено на фіг. 1. Структура дослідного зразка являє собою метастабільний аустеніт (g-розчин на основі заліза). Тривалість процесу позапічної обробки склала 3 хвилини (з урахуванням підготовчих операцій). При введенні такої ж кількості затравок (1,665 кг) у вигляді металічної крупки або стружки (у відповідності до прототипу) метастабільних станів взагалі не отримано, про що свідчить діфрактограма контрольного зразка, яку наведено на фіг. 2. Тривалість операцій позапічної обробки у цьому випадку становила 15 хвилин. Таким чином, характер удосконалень у загальному вигляді дозволяє в 5 разів прискорити процес позапічної обробки за рахунок його інтенсифікації та, на відміну від прототипу, отримати метастабільні стани при однаковій масовій витраті затравок зародків. У разі використання при виробництві додаткової операції легування або модифікування, більш кращим є варіант їх введення (~50% від маси частки хвилеводу-випромінювача, яка витрачається) до ЕГІО, а потім ЕГІО протягом 1 хвилини хвилеводом, який витрачається. У цьому разі структура дослідного зразка також являла собою метастабільний аустеніт. Масові витрати матеріалу хвилеводу склали ~0,8 кг. Промислова апробація способу проведена при виробництві відливок насосів для мокрого емульгування пульпи. Факт інтенсифікації позапічної обробки та отримання метастабільних станів у відливку "колесо" підтверджено. Крім того, доведено, що внаслідок таких структурних змін, змінюється і механізм зміцнення при наступній термообробці. Якщо у контрольному металі (обробка у відповідності до прототипу) відбувається структурне подрібнення матричних зерен та ділянок карбідної 2 28768 евтектики (фіг. 3), то у дослідному - з метастабільного аустеніту вилучаються вторинні дрібнодисперсні карбіди типу М23С6 за механізмом дисперсійного тверднення (фіг. 4). Такі структурні зміни дозволили підвищити зносостійкість деталей більш як у 4 рази. Наведені приклади свідчать про те, що ударно-хвильовий метод введення затравок зародків дозволяє швид Інтенсивність рентген випромінювання ко отримати рівномірний метастабільний стан відливка в цілому, а при подальшій термообробці, досягти заданого рівня споживчих властивостей (наприклад, зносостійкість відливків типу "колесо" збільшилась до 5000 годин). Час зайнятості металургійного агрегату при такій дії склав 2 хвилини, а енерговитрати 0,9 кВт.г/т. Кут відбиття Інтенсивність рентген випромінювання Фіг. 1 Кут відбиття Фіг. 2 3 28768 Фіг. 3 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4