Спосіб модифікування структури литого металу

Реферат: UA 97999 U UA 97999 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до металургії та ливарного виробництва і може бути використана для обробки будь-яких металів і сплавів при виробництві злитків та відливок. Всі існуючі способи підвищення якості лиття засновані на механічній дії на розплав, яка не забезпечує відсутність усадочних раковин та пористості і високу щільність відливок, що не призводить до підвищення механічних властивостей відливок. Відомий спосіб управління процесом формування фасонних виливків, що включає заливання розплаву в піщано-глинисту форму, пропускання електричного струму щільністю не 4 2 більше 10 А/м крізь виливок за рахунок контактів, розташованих у формі, які не контактують безпосередньо з виливком, в процесі знаходження його в рідкому, твердорідкому стані і до закінчення кристалізації [Формирование отливок под воздействием давления, вибрации, ультразвука и электромагнитных сил. М., НИИМАШ, 1977 г., с. 40-42]. Однак практична реалізація способу є технічно трудомісткою, а ефективність впливу електричного струму на формування фасонних виливків низькою. Відомий спосіб отримання безперервнолитого металу [патент РФ № 2027544, B22D27/02, 11/10, 1992], що включає заливання розплаву в металевий кристалізатор, пропускання електричного струму крізь закристалізований розплав і охолодження металу при його транспортуванні, в тому числі і в зоні вторинного охолодження, де змонтовані підтримуючі пристрої. При цьому електричний струм підводять до металевого кристалізатора, а виводять крізь підтримуючі пристрої в зоні вторинного охолодження. Однак область застосування зазначеного способу обмежена наявністю металевого кристалізатора. Недоліком цього способу є неможливість керування швидкістю процесу кристалізації, необхідність примусового охолодження, що робить практично неможливим його застосування при литті в піщані, гіпсові, керамічні та інші неметалеві форми. Таким чином, розглянутий спосіб не вирішує проблему лиття фасонних виливків. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, (прототипом) є спосіб модифікування структури литого металу, який включає пропускання змінного електричного струму крізь застигаючий виливок, відрізняється тим, що пропускають струм синусоїдальної або 3 5 2 імпульсної форми з частотою вище 5,0 кГц і щільністю від 1 × 10 до 1 × 10 А/м [патент РФ № 2198067, В 22 D 27/02, 2000 p.]. Недоліком прототипу є неможливість цілеспрямованого впливу на макроструктуру твердіючого виливка і, як наслідок, отримання заданої макроструктури сплаву. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу модифікування структури литого металу шляхом пропускання електричного струму певної частоти, скважності і щільності, що дозволить управляти процесом модифікування макроструктури відливка і призведе до зниження хімічної неоднорідності по перерізу виливка і подрібнення зерен, внаслідок чого підвищаться механічні властивості литого металу при будь-якому способі лиття. Поставлена задача вирішується тим, що в способі модифікування структури литого металу, що включає пропускання змінного електричного струму через застигаючий виливок, згідно з корисною моделлю, частоту пропускання електричного струму скважністю не менш 2 меандрів і 4 2 4 2 щільністю від 1,6 × 10 А/м до 2,4 × 10 А/м встановлюють за формулою:  45 50 55 Me 2k 2  , де  Me - питомий електричний опір рідкого металу, Омхм;  - відносна магнітна проникність рідкого металу, Гн/м;  - тривалість процесу затвердіння, с; 0,5 k - коефіцієнт твердіння, м/с При кристалізації під дією електричного струму змінюється макроструктура сплаву, оскільки електричний струм впливає на швидкість процесу кристалізації виливка, орієнтацію зерен, збільшує розчинність і рівномірність розподілу модифікаторів в розплаві, зміну меж зерен, перерозподіл евтектики в твердому розчині і збільшення дисперсності евтектики в колоніях (евтектичних зернах). При пропусканні електричного струму крізь застигаючий виливок зі скважністю менш 2 меандру видимих змін в структурі металу не спостерігалося. 4 2 Якщо щільність була менше за 1,6 × 10 А/м , ефект модифікування був слабкий (або 4 2 взагалі відсутній). Збільшення щільності струму більше за 2,4 × 10 А/м недоцільно, так як призведе до подорожчання устаткування і підвищенню витрат електроенергії. Частоту електричного струму змінюють у процесі кристалізації виливка в залежності від росту, тобто товщини кірки металу, що твердне, і для кожного сплаву залежить від його 1 UA 97999 U питомого електричного опору  Me , відносної магнітної проникності 5 10 15 20 25 30 рідкого металу k . Спосіб здійснюється наступним чином. На отриманий розплав металу або сплаву, який кристалізується в неметалевих формах, подають електричний струм заданої напруги, частоти, скважності та сили. Приклад. Як моделююче середовище було вибрано сплав алюмінію. Для створення однакових умов кристалізації розплав одночасно заливали при температурі 740 °C в контрольний і дослідний зразки циліндричної форми, що знаходилися в одній формі закритого типу та були з'єднані спільною ливниковою системою однакової довжини. Постійну позитивну напругу з витоку електричного ключа подавали на електрод, що знаходився у дослідному зразку металу в його найбільш гарячій точці (пряма полярність). Негативну постійну напругу подавали на електрод, що знаходився у найбільш холодній точці дослідного зразка. За допомогою генератора прямокутних імпульсів встановлювали скважність імпульсів, які подавали на електронний ключ (2-5 меандрів). Також під час досліджень змінювали полярність електричного 4 2 струму, що подавали на зразок. Сила струму складала 2-3 А, його щільність - 1,6 × 10 А/м -2,4 4 2 × 10 А/м . Для аналізу особливостей макроструктури матеріалу виливків були виконані шліфи, вирізані вздовж осі виливків, тобто вздовж струму (поздовжній шліф) і поперек осі виливків (поперечний шліф), отриманих литтям в неметалеві форми без впливу струму (І = 0) і з впливом 4 2 4 2 електричного струму силою 2 і 3 А, щільністю 1,6 × 10 А/м і 2,4 × 10 А/м зі скважністю 2 і 5 меандрів в процесі кристалізації. Позитивний ефект від пропускання електричного струму крізь застигаючий виливок відбувався з розрахунковою частотою від 57 до 12,5 Гц. В результаті спостерігалася орієнтація фази, що містить кремній, уздовж осі струму. Аналіз макроструктури зразків показав, що у виливках, які кристалізувалися під впливом електричного струму, включення кремнію значно здрібнились, одночасно вони отримали правильну, округлу форму. Вплив електричного струму та розрахункової частоти на процес кристалізації сплаву супроводжувався збільшенням розчинності кремнію в алюмінії, що пов'язано зі збільшенням рухливості атомів кремнію і з зміною властивостей розчинника. Таким чином, розміри евтектичних кремнієвих кристалічних утворень зменшилися, а їх розподіл став більш рівномірним. Використання способу модифікування структури литого металу, що пропонується, дозволяє одержати щонайдрібніші зерна структури у відливку, усунути зональну хімічну неоднорідність, підвищити механічні властивості литого металу при будь-якому способі лиття і таким чином підвищити якість відливка. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40  і коефіцієнта твердіння Спосіб модифікування структури литого металу, що включає пропускання змінного електричного струму крізь застигаючий виливок, який відрізняється тим, що частоту 4 2 пропускання електричного струму скважністю не менш 2 меандрів і щільністю від 1,6×10 А/м 4 2 до 2,4×10 А/м в процесі кристалізації встановлюють згідно з формулою:  Me 2k 2  , де  Me - питомий електричний опір рідкого металу, Ом×м; 45  - відносна магнітна проникність рідкого металу, Гн/м;  - тривалість процесу затвердіння, с; k - коефіцієнт твердіння, м/с0,5. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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