PL94286B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób dokonywania m ikrowytopów, to znaczy uzyskiwania malych ilosci stopów metalowych o masie rzedu jednego lub kilku gramów i uzyskiwania z nich odlewów, oraz urzadzenie przydatne do stosowania tego sposobu.

Znane sa sposoby dokonywania mikrowytopów przy uzyciu skomplikowanych aparaturowo i kosztownych metod prózniowych. W przypadku stosowania wytopu prózniowego jednoczesne odlewanie napotyka na powazne trudnosci, gdyz proces odlewniczy wymaga róznicy cisnien, niezbednej dla wprowadzenia stopionego metalu do formy odlewniczej. Te róznice cisnien uzyskuje sie w znanych sposobach grawitacyjnie, odsrodkowo lub hydrostatycznie, przez bezposrednie oddzialywanie na ciecz metaliczna. Jednak przy wykonywaniu odlewów bardzo cienkich, o srednicy rzedu 1 do 2 mm, a dlugosci rzedu kilkudziesieciu mm, samo tylko dzialanie grawitacyjne, polegajace na odlewaniu pod wlasnym ciezarem plynnego metalu, okazuje sie niewystarczajace, ze wzgledu na wlasciwosci wstanie stopionym wielu metali i stopów. Niejednokrotnie równiez nie mozna uzyc bezposredniego nacisku na stopiony metal, np. przy odlewaniu mikropróbek stopów zelaza o wysokiej czystosci.

, Natomiast zastosowanie dzialania sily odsrodkowej w procesie prózniowego wytopu i odlewania mikropróbek wymaga kosztownych i rozbudowanych urzadzen. Prowadzenie procesu komplikuje sie dodatkowo z powodu trudnosci otrzymywania zalozonych skladów stopów ze wzgledu na róznice w odparowywaniu skladników w prózni.

Wedlug wynalazku wytopu dokonuje sie w oslonie gazu obojetnego o wysokiej czystosci, dostosowanego do wlasciwosci stopionych skladników, oraz na poduszce gazowej, za pomoca której unosi sie i miesza krople plynnego metalu lub stopu. Odlania próbki ze stopionego metalu dokonuje sie metoda dynamiczna, przez wykorzystanie energii kinetycznej kropli spadajacego metalu. W tym celu krople metalu wstanie stopionym podrzuca sie ku górze przez nagle obnizenie cisnienia gazu ponad kropla, a dzialanie dynamiczne kropli, spadajacej do znajdujacej sie pod tyglem formy, wspomaga sie za pomoca wytworzonej nastepnie fali nadcisnieniowej gazu. W czasie trwania calego procesu topienia i odlewania metalu zewnetrzny strumien gazui 2 94 286 ochronnego przepuszcza sie w przeciwpradzie do strumienia gazu wytwarzajacego wspomniana poduszke gazowa.

Domieszkowanie podstawowego skladnika stopu odbywa sie przez umieszczenie substancji domieszkujacych w wydrazeniu, które wykonuje sie w brylce skladnika podstawowego, Urzadzenie do stosowania opisanego sposobu ma zespól tyglowo-formowy zlozony z tygla zamknietego od góry szczelna pokrywa, oraz formy odlewniczej w postaci rurki umocowanej do dna tygla w jego najnizszym punkcie. Rurka odlewnicza moze byc tez zastapiona bardziej skomplikowana forma odlewnicza, np.: dla odlewów próbek wytrzymalosciowych z glówkami lub próbek innego ksztaltu, co nie narusza istoty wynalazku.

Dalej zespól tyglowo-formowy ma umocowana szczelnie do pokrywy tygla rurke wziernikowa. Jej górny wylot jest zamkniety gazoszczelnym okienkiem z przezroczystej miki, umozliwiajacym bezposrednie obserwowanie przebiegu wytopu. Wylot ten jest równoczesnie przystosowany do wspólpracy z ukladem projekcyjnym, zlozonym z obiektywu, dwóch luster i matówki, który to uklad umozliwia obserwowanie powiekszonego obrazu powierzchni metalu w sposób nieszkodliwy dlawzroku. ¦ , Zespól tyglowo-formowy jest umieszczony wewnatrz zespolu grzewczego, którego zadaniem jest izotemperaturowe ogrzanie tygla i polaczonej z nim formy. Zespól grzewczy stanowi korzystnie rura z grafitu o ksztalcie beczulkowatym, przez która plynie prad elektryczny. Zastosowanie rury grzewczej z grafitu jest szczególnie korzystne dla prowadzenia wytopów stopów trudnotopliwych, a to ze wzgledu na wspólczynnik emisji promieniowania cieplnego grafitu zblizony do wspólczynnika dla ciala doskonale czarnego oraz z przyczyny wysokiej zaroodpornosci grafitu, gdy znajduje sie on w atmosferze gazu obojetnego.

Istnieje jednak mozliwosc zastosowania w urzadzeniu wedlug wynalazku takze innego zespolu grzewczego, np. zwojnicy generatora wysokiej czestotliwosci, umieszczonej wokól lub we wnetrzu oslony gazowej zespolu tyglowo-formowego.

Wspomniana rurkowa forma odlewnicza jest otoczona rurka oslonowa, na której równoczesnie wspiera sie tygiel i jest polaczona z przewodem doprowadzajacym gaz obojetny, który plynie od dolu ku górze przez rurkowa forme odlewnicza oraz przez tygiel i rurke wziernikowa i równolegle przez rurke oslonowa. Na rurce wziernikowej lub na jej przedluzeniu ku górze znajduje sie odgalezienie prowadzace do zaworu trójdroznego i dalej do pompy impulsowej. Pompa impulsowa jest zaopatrzona w tlok wsparty na sprezynie. Na powierzchni rurki oslonowej jest umieszczony pojedynczy lub zlozony reflektor mikowy z wolframowym zamocowaniem.

Opisany zespól grzewczy, wykonany w postaci rury, ma doprowadzenie od góry gazu obojetnego, który plynie przez nia w przeciwpradzie do gazu plynacego przez zespól tyglowo-formowy. Jako gaz obojetny stosuje sie korzystnie argon o wysokiej czystosci.

Do wykonania zespolu tyglowo-formowego wedlug wynalazku uzywa sie material dostosowany do rodzaju stopu. Moze nim byc material ceramiczny, prasowane tlenki lub wegliki, wegiel prasowany i krystaliczny, a takze metale i stopy bardziej trudnotopliwe od materialów przetapianych.

W sposobie wedlug wynalazku odlewanie odbywa sie przy wykorzystaniu energii kinetycznej kropli spadajacego stopu i jest poprzedzone odgazowaniem. W wytapianych tym sposobem malych próbkach wystepuje znaczny stosunek powierzchni do masy. Sposób zapewnia w tych warunkach wystarczajaco ochrone przed utlenianiem oraz odgazowanie. Urzadzenie wedlug wynalazku wystarczajaco chroni wytapiany i odlewany material od wplywu zanieczyszczen. W efekcie otrzymuje sie odlewy o wysokiej czystosci w postaci jednolitych i spoistych próbek.

Wynalazek jest dokladniej opisany na przykladzie w zwiazku z rysunkiem, na którym fig 1 przedstawia schematycznie urzadzenie w przekroju pionowym, a fig 2 — schemat ukladu projekcyjnego, równiez w przekroju pionowym.

Tygiel 1, zaopatrzony w dolnej czesci w stozkowy otwór, jest zamkniety, od góry szczelna pokrywa 2, zaopatrzona w otwór w górnej czesci. Tygiel i pokrywa sa wykonane z czystego alundu Al203. W otworze tygla 1 jest osadzona rurka 3 stanowiaca forme odlewnicza. W stozkowym otworze pokrywy 2 jest osadzona wziernikowa rurka. 4. Rurki 3 i 4 sa wykonane z masy alundowej. Na przedluzeniu rurki 4 jest umocowana stalowa przedluzajaca rurka 5, a na jej górnym koncu jest osadzony wziernik zaopatrzony w gazoszczelne okienko 6 z przezroczystej miki. Rurka 5 ma odgalezienie 7 polaczone z trójdroznym zaworem 8, który dalej jest polaczony z impulsowa pompa 9. Pompa 9 jest zaopatrzona w tlok 10 wsparty na sprezynie 11.

Rurka 3 jest umieszczona w oslonowej rurce 12, stanowiacej równoczesnie podparcie dla tygla 1. Rurka 12 jest zaopatrzona w pojedynczy lub zlozony mikowy reflektor 13 z wolframowym zamocowaniem 14. U wlotu rurki 12 jest gazoszczelnie osadzony przewód 15 o srednicy wewnetrznej mniejszej niz srednica odlewniczej rurki 3. Przewód 15 jest zetkniety z rurka 3 z pozostawieniem szczeliny umozliwiajacej w miejscu zetkniecia wyplyw gazu do przestrzeni otoczonej rurka 12.94 286 3 Tygiel 1 z pokrywa 2 oraz rurkami 3, 12 i 4 jest umieszczony wewnatrz grafitowej rury 16 stanowiacej radiator grzewczy. Beczulkowaty ksztalt rury 16 zapewnia izotemperaturowe, równomierne na czesci dlugosci, nagrzewanie elementów umieszczonych w jej wnetrzu. Wnetrze rury 16 jest wykorzystane do przeplywu gazu obojetnego, który to przeplyw daiej zostanie dokladniej opisany. Na zewnetrznej powierzchni tygla 1 jest umieszczona koncówka 17 termopary 18. Wewnatrz tygla 1 znajduje sie metal lub stop 19. Urzadzenie jest dalej zaopatrzone w uklad projekcyjny, umozliwiajacy nieszkodliwa dla wzroku obserwacje procesu przetopu. Uklad projekcyjny jest osadzony nad wziernikiem i ma obiektyw 20, lustra 21 i 22 oraz matówke 23.

Zastosowanie sposobu wedlug wynalazku przy uzyciu opisanego urzadzenia zostanie opisane na przykladzie wykonania odlewu ze stopu zelaza z weglem o czystosci spektralnej.

W preciku zelaza o odpowiednio wysokiej czystosci wykonuje sie wglebienie, w którym umieszcza sie domieszke spektralnie czystego wegla. Nastepnie precik umieszcza sie we wnetrzu tygla 1 w taki sposób, aby domieszka nie wydostala sie na zewnatrz. Tygiel zamyka sie pokrywa 2 i uszczelnia, po czym zespól tyglowo-rurkowy umieszcza sie w rurze 16 dokonujac wlasciwych uszczelnien. Do górnego konca rury 16 oraz dolnego konca przewodu 15 dolacza sie nie pokazane na rysunku przewody dla doplywu argonu o wysokiej czystosci, pod cisnieniem wyzszym od atmosferycznego. Zawór 8 ustawia sie w polozeniu pokazanym na fig. 1 rysunku i przez kilkanascie minut przeprowadza sie plukanie gazem ochronnym calego urzadzenia. Nastepnie wlacza sie ogrzewanie i nie przerywajac przeplywu gazu przeprowadza sie topienie wsadu. W czasie topienia przez rure 16 argon przeplywa od góry ku dolowi, zapewniajac jej ochrone przed utlenieniem i omywajac zespól tyglowo-formowy. Przez wnetrze tego zespolu argon plynie w przeciwpradzie. Taczesc gazu/która przez rurke 3 doplywa do wnetrza tygla, wytwarza pod kropla topionego metalu poduszke gazowa, za pomoca której metal jest unoszony i mieszany; czesc gazu wydostaje sie szczelina miedzy przewodem 15 i rurka 3 do przestrzeni wewnatrz rurki 12, zabezpieczajac odlew przed zanieczyszczeniem, w przypadku pekniecia odlewniczej rurki 3.

Przebieg topienia metalu nadzoruje sie za pomoca wskaznika temperatury polaczonego ztermopara 18 i/lub przez obserwacje kropli metalu bezposrednio przez wziernik albo na ekranie ukladu projekcyjnego. Po osiagnieciu przez metal stanu wlasciwego dla dokonania wytopu, zawór 8 ustawia sie w polozenie, w którym wnetrze rurki 5 zostaje polaczone z pompa 9. Nastepnie szybkim ruchem przesuwa sie tlok 10 pompy na zewnatrz. Ruch ten wywoluje gwaltowne zassanie, które odgazowuje metal i równoczesnie podrzuca krople metalu 19 ku górze. Z kolei puszcza sie uchwyt tloka 10, który pod dzialaniem sprezyny 11 wraca, wywolujac w przestrzeni tygla fale nadcisnieniowa. Uniesiona gwaltownie kropla metalu spada dynamicznie na dno tygla 1 i wspomagana dodatkowa fala nadcisnieniowa, wypelnia odlewnicza rurke 3. Po wykonaniu odlewu wylacza sie urzadzenie grzewcze, a po ostygnieciu urzadzenia demontuje sie uklad i wyjmuje próbke z odlewniczej rurki 3.

Claims (9)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób dokonywania mikrowytopów oraz otrzymywania mikroodlewów metali i stopów metali, prowadzony w oslonie gazu obojetnego o wysokiej czystosci, dostosowanego do wlasciwosci stapianych skladników, znamienny tym, ze wytop prowadzi sie na poduszce gazowej, za pomoca której unosi sie i miesza krople plynnego metalu, a po osiagnieciu przez metal stanu wlasciwego dla dokonania wytopu krople metalu podrzuca sie ku górze i równoczesnie odgazowuje przez nagle obnizenie cisnienia gazu nad kropla, po czym energie kinetyczna spadajacej kropli wspomaga sie za pomoca wytworzonej nad nia nadcisnieniowej fali gazu i wprowadza sie krople do umocowanej pod dnem tygla formy odlewniczej.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze poduszke gazowa wytwarza sie za pomoca gazu obojetnego, wprowadzanego od dolu do wnetrza zespolu tyglowo-formowego, a równoczesnie w przeciwpradzie do tego strumienia gazu, od góry ku dolowi, przepuszcza sie strumien gazu obojetnego miedzy zespolem tyglowo-formowym i otaczajacym go zespolem grzewczym.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, z n r\m i e n n y tym, ze domieszkowanie podstawowego skladnika stopu odbywa sie przez umieszczenie substancji domieszkujacych w wydrazeniu, które wykonuje sie w brylce skladnika podstawowego.

4. Urzadzenie do dokonywania mikrowytopów oraz otrzymywania mikroodlewów metali i stopów metali, znamienne tym, ze ma zespól tyglowo-formowy zlozony z tygla (1) zamknietego od góry szczelna pokrywa (2) oraz formy odlewniczej w postaci rurki (3) umocowanej szczelnie do dna tygla i wziernikowej rurki (4) umocowanej szczelnie do pokrywy, a opisany zespól jest umieszczony wewnatrz zespolu grzewczego, przy czym rurka (3) jest zaopatrzona w doplyw gazu obojetnego a wziernikowa rurka (4) jest polaczona za pomoca trójdroznego zaworu (8) z impulsowa pompa (9), ponadto zas wziernikowa rurka (4) jest korzystnie zaopatrzona w uklad projekcyjny, umozliwiajacy nieszkodliwa dla wzroku obserwacje procesu przetopu.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze odlewnicza rurka (3) jest umieszczona4 94 286 w oslonowej rurce (12) polaczonej gazoszczelnie z przewodem (15) doprowadzajacym gaz obojetny i stanowiacej wsparcie dla tygla (1).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze urzadzenie grzewcze stanowi grafitowa rura (16) o ksztalcie beczulkowatym i srednicy wewnetrznej umozliwiajacej przeplyw gazu obojetnego od góry ku dolowi.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze wziernikowa rurka (4) ma przedluzenie w postaci rurki (5) zakonczonej gazoszczelnym okienkiem (6) z przezroczystej miki, a zakonczenie to jest przystosowane do wspólpracy z ukladem projekcyjnym zlozonym z obiektywu (20), luster (21 i 22) oraz matówki (23).

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze impulsowa pompa (9) ma tlok (10) wsparty od tylu na sprezynie (11).

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze na oslonowej rurce (12) ma pojedynczy lub zlozony mikowy reflektor (13) z wolframowym zamocowaniem (14). FIG.1 FIG. 2 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl