Литий матеріал стільникової структури з крізними порами

1. Литий матеріал стільникової структури з крізними порами, одержаний по одноразовій зібраній з елементів, що повторюються, моделі при її деструкції в піщаній формі, який відрізняється тим, що кожна з цих пор має задані розміри, форму, просторову орієнтацію в матеріалі, періодичність повторення і товщини стінок і/або перемичок, які їх обмежують. C2 2 (19) 1 3 тривалий, має багато стадій подібно до лиття по моделях, що виплавляються, тонкі перемички важко пролити, висока вірогідність одержання в окремих неконтрольованих місцях закритої пористості, або спікання металу з формувальним матеріалом, який містить зв'язуюче, що частково порушить однорідність структури металевої піни. Пінополіуретанові піни заданих стабільних параметрів дорогі і їх одержати не просто, розміри їх комірок важко контролювати, другий параметр комірчастої структури - товщина перегородок між комірками - теж контролюється вельми ненадійно. Пінополіуретанова конструкція погано тримає форму на відміну від пінополістиролової, тому пінополіуретан практично не застосовують для виготовлення ливарних моделей. Найбільш близькою по технічній суті і ефекту, що досягається, є литий виріб за газифікованою моделлю, яка виготовляється з елементів, що повторюються (нормалізованих), при вирізуванні їх з блоків [Литье по газифицируемым моделям. Монография под ред. Ю.А. Степанова. - М.: Машиностроение, 1976, с. 43]. Проте, такий спосіб не отримав розвитку для одержання комірчастого чи стільникового металевого матеріалу. По описаних конструкціях моделей передбачено одержання однорідних по складу монолітних виливків, конструкції моделей яких не можна перенести на технологію одержання стільникових структур у вигляді просторових ґрат, оскільки пористі комірчасті моделі мають свої відмітні властивості, без забезпечення яких не можна одержати якісних виробів. Литий пористий матеріал для одержання по збірних моделях також не розроблений з описом варіантів просторових конструкцій і врахуванням технологічності лиття, розмаїття розмірів і форм. Задача винаходу - створення нових конструкцій литого крупнопористого матеріалу, зокрема, у вигляді просторових ґрат, спрощення технології лиття при підвищенні якості та службових властивостей одержуваних виробів. Поставлену задачу вирішують тим, що в литому матеріалі стільникової структури з крізними порами, одержаному по одноразовій зібраній з елементів, що повторюються, моделі при її деструкції в піщаній формі, згідно з винаходом, кожна з цих пор має задані розміри, форму, просторову орієнтацію в матеріалі, періодичність повторення і товщини стінок і/або перемичок, які їх обмежують. Крім того, його конструкція може бути у вигляді просторових ґрат геометрично подібна як збільшена пропорційно в масштабі і по будові однакова з кристалічними решітками, які застосовують для наочного представлення внутрішньої структури кристала як способу його зображення за допомогою просторової сітки, вузли якої співпадають з центрами частинок в кристалі, при цьому ділянки між вузлами ґрат моделі виконані у вигляді перемичок, які з'єднуються в цих вузлах. Також перемички литого матеріалу можуть бути виконані циліндричними чи криволінійними, а стінки неплос 96915 4 неплоскими, причому стики стінок і/або перемичок виконані з ливарними радіусами. Крім того, литий матеріал може мати перемички з вільними кінцями або засобами для збірки декількох подібних до себе шарів або з іншими конструкціями, а просторові ґрати можуть бути геометрично подібними до чотирнадцяти типів кристалічних решіток Браве. На фіг. 1 показаний приклад конструкції литого матеріалу (або його ливарної моделі) у вигляді просторових ґрат, в яких є однакові елементарні три деталі - перемички 1, 2 і 3, що відповідно позначені: а, в, с Вони складають елементарну комірку, як тривимірне утворення і мають кути між ними , , . Згідно з ливарною технологією вздовж одного з рядів перемичок може бути встановлений випор 4, на відстані від перемичок при подальшій засипці піску під час виготовлення піщаної форми для газовідводу з неї може використовуватись пористий трубопровід 5, ряд потовщених перемичок може служити шлакоуловлювачем 6 при замкнутій ливниковій системі, а інший ряд потовщених перемичок - стояком 7 (місце установки ливарної лійки показано пунктиром). У варіантах цього винаходу використовуються просторові ґрати, які геометрично подібні, збільшені пропорційно в масштабі і по будові однакові з кристалічними решітками, якими описують внутрішню структуру кристала, історично, починаючи із зображень Браве 1848-го року, у вигляді просторової сітки, вузли якої співпадають з центрами частинок у кристалі. При цьому ділянки між вузлами ґрат литого матеріалу і його ливарної моделі слід заповнювати перемичками, а самі вузли є з'єднаннями або перехрещеннями перемичок. Відрізняє ці ґрати тривимірна періодичність, визначивши структуру одної елементарної комірки, можна побудувати всі ґрати, використовуючи просту геометричну операцію паралельного перенесення. Наслідком такої періодичної будови є те, що ґратам властива симетричність, тобто існують операції просторового відображення об'єкта, при яких геометричний образ співпадає з результатним. Сукупність всіх операцій симетрії складає групу симетрії даного об'єкта. Описані і зображені будови елементарної комірки великої кількості кристалів, які рекомендуються для вибору як прототип при литті ґратчастого матеріалу залежно від необхідних властивостей. На фіг. 2 показані 14 ґрат Браве, які відрізняються одна від одної набором елементів симетрії, або сингонією, і типом центрування, в табл. вказані параметри, які в сукупності з елементами симетрії, визначають елементарну комірку для кожної кристалографічної системи. Ці 14 типів структур є основними, але не вичерпують всього різноманіття просторових ґрат, які можуть зустрічатися в кристалах. У примітивних кубічних ґратах атоми займають позиції по вершинах куба. Елементарна комірка кубічної сингонії описується параметром а (а=в=с, всі кути між перемичками рівні 90). 5 96915 Таблиця Параметри тривимірних ґрат Браве Система ґрат кубічна тетрагональна ромбічна гексагональна тригональна моноклінна триклинна Параметри елементарної комірки o а=в=с, ===90 o а=вс, ===90 o авс, ===90 o o а=вс, ==90 , =120 o 1) а=вс, ==90 , =120° o 2) а=в=с, ==90 o авс, ==90°, 90 o авс, 90 На фіг. 3 показаний елемент однієї конструкції, що повторюється, модель якого зручно виконати в прес-формі з горизонтальним роз'ємом, перемички 4 мають гачки для зачеплення за перемички типу 3 інших ґрат подібної конструкції. Здійснюють винахід таким чином. При виготовленні моделі ґрат, показаних на фіг 1, або з більшою кількістю комірок, елементи, що повторюються, наприклад, показані на фіг. 3, збирають методом склеювання, паяння або іншим методом. Конструкцію ґрат зручно вибрати з ґрат Браве. Виконання ливарних радіусів при виборі їх по довідниках, зазвичай 1…5 мм, сприятиме плавному без розбризкування заповненню розплавом форми та збільшить жорсткість конструкції. Кращого заповнювання розплавом досягають при циліндричних перемичках, оскільки в цьому випадку циліндр має найменшу площу тепловіддачі, і форма менше охолоджує потік металу. Поміщення пористих труб 5, що непроникні для піску, і підключення їх до вакуумного насоса також поліпшить заповнювання, створивши ефект вакуумного всмоктування розплаву, що зменшить вірогідність недоливів форми. Якщо модель виконують з пінопласту, то виготовлення її елементів полягає в засипанні гранул цього матеріалу і їх спікання в прес-формі, або вирізуванні елементів з блока. Якщо модель виконують з льоду, то заморожують водну композицію 6 в прес-формі. Виконання моделі по вказаних методах гарантує одержання крізних пор або порожнин, які заповнюються сухим піском. Розміри пор і товщина перемичок можуть бути від часток міліметра до десятків і сотень міліметрів (розміри кристалічних ґрат становлять від десятих нанометра). Для отримання в заданому місці литої конструкції монолітної ділянки або стінки цю ділянку моделі, чи кілька перемичок, обмотують синтетичною плівкою, запобігаючи доступу в пори моделі піску. Кожна з пор литого матеріалу, одержаного по описаних варіантах моделі має задані розміри, форму, просторову орієнтацію в матеріалі, періодичність повторення і товщини стінок і/або перемичок, які їх обмежують, оскільки ці властивості зумовлені заданою конструкцією моделі, що одержана за конкретним кресленнями, наприклад, на пластавтоматах. Це дозволяє розширити службові властивості матеріалу, наприклад, введенням в його пори стержнів з іншого матеріалу тощо. Щоб уникнути утворення тріщин від напружень, викликаних усадкою металу, частину або всі перемички литого матеріалу виконують криволінійними, наприклад S-подібними, а стінки неплоскими. Це покращує службові властивості матеріалів, які важливо виконати з великою питомою площею поверхні, вони застосовуються для електродів, теплообмінників, каталізаторів тощо. Якщо литі конструкції треба зібрати з декількох ділянок, то перемички з вільними кінцями можна зварювати або зачіпляти гачками, виконаними на перемичках 4 (фіг. 3), або змонтовувати з іншою конструкцією, наприклад, колоною з прокату. Описані просторові литі ґрати, зокрема, аналоги яких узяті з кристалографії, вилиті по моделях із збірних елементів, що нескладно виготовити на пластавтоматах, спростять конструювання і дозволять налагодити випуск пористих металів, які все частіше називають "матеріали майбутнього". А виконання умов винаходу, які відрізняють його від аналогів, гарантує одержання матеріалу з крізними відкритими порами заданої форми і розміру, що вельми технологічно просипаються піском при формовці, а їх перемички добре проливаються металом, дає підвищення якості литих виробів. 7 96915 Сингонія Тип ґратки Триклинна Моноклінна Ромбічна Тетрагональна Тригональна Примітивний Базоцентрований Об'ємноцентрований Гранецентрований Фіг.2 8 Тригональна (ромбоедрична) Кубічна 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 96915 Підписне 10 Тираж 23 прим. 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