Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах

Реферат: Винахід належить до ливарного виробництва. Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах включає реєстрацію температури рідкого металу та залишкового тиску у вакуумній камері вакуумної магнітодинамічної установки у момент виділення перших бульбашок водню та розрахунок газонасиченості металу за рівнянням розчинності водню, причому момент виділення з рідкого металу перших бульбашок водню визначають за початком змінення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки. Спосіб знижує тривалість технологічного процесу приготування сплаву. UA 115591 C2 (12) UA 115591 C2 UA 115591 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до ливарного виробництва та металургії легких сплавів та може бути використаний для приготування ливарних та деформівних алюмінієвих сплавів. Відомий спосіб визначення вмісту водню у рідкому металі за виділенням з нього у вакуумі перших бульбашок водню (прототип) [1]. Суть способу полягає у залежності кількості розчиненого водню у рідкому металі від парціального тиску водню у газовій фазі над металом. Недоліком цього способу є зниження продуктивності процесу приготування сплаву з огляду на необхідність відбирання проби рідкого металу та проведення аналізу з визначення вмісту водню, що займає 8-10 хвилин. У разі незадовільних результатів аналізу процес вакуумного рафінування поновлюється. Така процедура проведення аналізу не дозволяє оперативно контролювати газонасиченість сплаву у процесі його приготування. Задача винаходу - підвищення продуктивності процесу приготування рідкого алюмінієвого сплаву у вакуумних магнітодинамічних установках. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах, який включає реєстрацію температури рідкого металу та залишкового тиску у вакуумній камері вакуумної магнітодинамічної установки у момент виділення перших бульбашок водню та розрахунок вмісту водню за рівнянням розчинності водню (1), який відрізняється тим, що момент виділення з рідкого сплаву перших бульбашок водню визначається за початком змінення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки. lg QH2 = -А/T + В + ½ lg (Р/133), (1) 3 де: QH2 - вміст водню, см /100 г; Т - температура розплаву у момент появи перших бульбашок на поверхні металу, K; Р - тиск над металом у момент появи перших бульбашок на поверхні металу, Па; А, В - коефіцієнти. Зміна величини електричного струму у первинному колі індуктора пояснюється тим, що бульбашки водню, які утворюються у рідкому сплаві при зниженні залишкового тиску у вакуумній камері вакуумної магнітодинамічної установки, знижують електропровідність рідкометалевого витка, створеного металом у каналі та тиглі установки. При цьому зменшується величина електричного струму у рідкому металі та первинному колі індуктора установки. Відновлення у вакуумній камері установки атмосферного тиску приводить до встановлення попереднього значення величини електричного струму у первинному колі індуктора завдяки переходу водню у рідкому металі з газоподібного стану у атомарний [2, с. 65, 72]. Реалізація запропонованого способу здійснюється у вакуумній магнітодинамічній установці (кресл.). Установка складається з тигля 1, з'єднаного з П-подібним горизонтальним каналом 2. Канал охоплює індуктор 3 з котушкою 4 та електромагніт 5 з котушками 6. Виток рідкого металу у каналі та тиглі установки є вторинною обмоткою індуктора. Тигель, канал, індуктор та електромагніт розміщені у вакуумній камері 7. Контроль температури рідкого металу здійснюється термопарою 8, а величина залишкового тиску у вакуумній камері - вакуумметром 9. Система створення вакууму та амперметр, який вимірює величину електричного струму індуктора, умовно не показані. Реалізація запропонованого способу була здійснена на алюмінієвому сплаві Д16. Приготування сплаву відбувається наступним чином: у тигель заливають розплавлений алюміній, на котушки індуктора та електромагніта подається регульована напруга змінного струму, внаслідок чого у магнітопроводі індуктора утворюється змінний магнітний потік, який індукує у рідкому металі кільцевого П-подібного горизонтального каналу електричний струм. При цьому відбувається нагрівання металу до заданої температури та його електромагнітне перемішування. Швидкість нагрівання залежить від величини індукованого струму у рідкому металі, а інтенсивність електромагнітного перемішування - від величини напруги, поданої на котушки електромагніта. У рідкий алюміній завантажують легуючі елементи та розчиняють їх при температурі 1000 K. Після розчинення легуючих елементів, вакуумну камеру герметизують, знижують у ній залишковий тиск до 1 мм рт. ст. та проводять вакуумне рафінування сплаву. Завдяки низькому залишковому тиску у вакуумній камері у рідкометалевому витку утворюються бульбашки водню, а постійне електромагнітне перемішування металу сприяє винесенню бульбашок на поверхню рідкого металу. Послідовність визначення вмісту водню передбачає такі кроки: 1) вакуумування сплаву при тиску у вакуумній камері 1 мм рт. ст.; 2) у будь-який момент, коли необхідно визначити поточне значення газонасиченості сплаву, у вакуумній камері встановлюється атмосферний тиск; 1 UA 115591 C2 5 10 15 20 25 30 3) після 30 секунд перебування рідкого сплаву під атмосферним тиском залишковий тиск у вакуумній камері установки знижується і ведеться спостереження за амперметром, який реєструє величину електричного струму у первинному колі індуктора; 4) у момент, коли величина електричного струму змінюється від початкового значення, реєструється температура рідкого металу та залишковий тиск у вакуумній камері установки; 5) поточне значення газонасиченості сплаву розраховується за формулою (1); 6) якщо значення газонасиченості сплаву вищі за такі, що передбачається отримати у результаті вакуумного рафінування, вакуумування сплаву продовжується; 7) наступне визначення газонасиченості сплаву відбувається відповідно до п. 2-6. Визначення вмісту водню у рідкому металі згідно з винаходом дозволяє оперативно (впродовж 2-3 хвилин) отримувати значення газонасиченості сплаву на будь-якому етапі рафінування. При апробації пропонованого способу було проведене визначення вмісту водню на 15-й, 18й і 20-й хвилинах вакуумування сплаву. Для встановлення можливої похибки пропонованого способу визначення вмісту водню, з рідкого сплаву під час його перебування під атмосферним тиском відбирали проби для проведення аналізу методом вакуум-плавлення [3]. Додатково була проведена плавка з вакуумним рафінуванням за промисловою технологією, яка передбачає вакуумування сплаву впродовж 30 хвилин при тиску у вакуумній камері 1 мм рт. ст. з визначенням залишкового вмісту водню за методикою згідно з [1]. Порівняння результатів наведено у таблиці. Таким чином, запропонований спосіб оперативного визначення вмісту водню дає змогу отримати новий технічний ефект, виражений у зниженні тривалості технологічного процесу приготування сплаву за рахунок виключення технологічної операції відбирання проби рідкого металу для проведення аналізу з визначення вмісту водню. Джерела інформації: 1. ГОСТ 21132.0-75 Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод определения содержания водорода в жидком металле. 2. Альтман М.Б., Глотов Е.Б., Засыпкин В.А., Макаров Г.С. Вакуумирование алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия. - 1977. - 240 с. 3. ГОСТ Р50965-96 Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод определения водорода в твердом металле. Таблиця Результати визначення вмісту водню в алюмінієвому сплаві Д16 3 Вміст водню, см /100 г Спосіб визначення вмісту водню Згідно з винаходом Промислова технологія Тривалість вакуумування сплаву, хвилин до вакуумної обробки 15 18 20 30 0,5 0,5 Вміст водню, визначений після вакуумної методом вакуум3 плавлення, см /100 обробки г 0,16 0,15 0,10 0,09 0,09 0,07 0,09 0,08 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах, який включає реєстрацію температури рідкого металу та залишкового тиску у вакуумній камері вакуумної магнітодинамічної установки у момент виділення перших бульбашок водню та розрахунок газонасиченості металу за рівнянням розчинності водню, який відрізняється тим, що момент виділення з рідкого металу перших бульбашок водню визначають за початком змінення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки. 2 UA 115591 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3