RU2186867C1 - Method and device for production of cast aluminum-base composite materials - Google Patents
Method and device for production of cast aluminum-base composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186867C1 RU2186867C1 RU2001100658/02A RU2001100658A RU2186867C1 RU 2186867 C1 RU2186867 C1 RU 2186867C1 RU 2001100658/02 A RU2001100658/02 A RU 2001100658/02A RU 2001100658 A RU2001100658 A RU 2001100658A RU 2186867 C1 RU2186867 C1 RU 2186867C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- crucible
- disk
- dispersed
- impeller
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области создания материалов на основе алюминия и его сплавов для машиностроения, отличающихся сочетанием низкого удельного веса, высоких антифрикционных свойств и упругости. The present invention relates to the field of creating materials based on aluminum and its alloys for mechanical engineering, characterized by a combination of low specific gravity, high antifriction properties and elasticity.
Известен способ и устройство для получения композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов методом литьевой технологии [1-3]. Способ заключается в механическом замешивании в расплав нерастворимых в нем твердых частиц с помощью различных видов мешалок, вдуванием с помощью пылегазовой струи, "вбиванием" с помощью центробежных сил и др. A known method and device for producing composite materials based on aluminum and its alloys by injection molding method [1-3]. The method consists in mechanically mixing solids insoluble in the melt into the melt with the help of various types of mixers, blowing with a dust and gas jet, “driving” with the help of centrifugal forces, etc.
Недостатками известных способа и устройств являются отсутствие конкретного сочетания технологических параметров процесса и конструктивных устройств, обеспечивающих оптимальность технологии и высокое качество получаемых композитов. The disadvantages of the known method and devices are the lack of a specific combination of technological process parameters and structural devices that ensure the optimality of the technology and the high quality of the resulting composites.
В качестве прототипа выбраны способ и устройство, описанные в [4]. As a prototype of the selected method and device described in [4].
Способ по прототипу заключается в расплавлении матричного сплава и введении во вращающийся расплав дисперсной армирующей фазы с помощью центробежных сил, последующее перемешивание расплава, его разливку и кристаллизацию под давлением. The prototype method consists in melting the matrix alloy and introducing into the rotating melt the dispersed reinforcing phase using centrifugal forces, subsequent mixing of the melt, its casting and crystallization under pressure.
Устройство для получения литых композитов по прототипу выполнено в виде тигля и диска, подвижно закрепленного на вертикальном валу, вращающемся от привода. Устройство снабжено дозатором дисперсных частиц, подаваемых на диск по трубе с помощью несущего газа. A device for producing cast composites according to the prototype is made in the form of a crucible and a disk, movably mounted on a vertical shaft rotating from the drive. The device is equipped with a dispenser of dispersed particles supplied to the disk through the pipe using carrier gas.
Недостатками как способа, так и устройства по прототипу являются нерегламентированность параметров технологии и устройства, что не обеспечивает получения высокого качества композитов. The disadvantages of both the method and the device of the prototype are the unregulated parameters of the technology and device, which does not provide high quality composites.
Технической задачей изобретения является получение композитов заданного качества. An object of the invention is to obtain composites of a given quality.
Решение технической задачи заключаются в следующем. The solution to the technical problem are as follows.
Способ получения литых композиционных материалов заключается в том, что расплавленный матричный сплав перегревают на 100-150oС выше температуры его плавления, перемешивают расплав в тигле импеллером с частотой вращения импеллера 4-8 с-1 до положительного градиента скорости от поверхности к центру, вводят дисперсный армирующий наполнитель в расплав со скоростью диска 0,5-3 м/с на внутреннюю поверхность вращающегося расплава. После этого расплав перемешивают с относительной скоростью диска 1-5 м/с и рафинируют от газовой фазы в течение 60-120 с. Полученную смесь разливают и кристаллизуют под давлением.The method for producing cast composite materials is that the molten matrix alloy is overheated 100-150 o C above its melting point, the melt in the crucible is mixed with an impeller with an impeller speed of 4-8 s -1 to a positive velocity gradient from the surface to the center, is introduced dispersed reinforcing filler in the melt with a disk speed of 0.5-3 m / s on the inner surface of the rotating melt. After that, the melt is mixed with a relative disk speed of 1-5 m / s and refined from the gas phase for 60-120 s. The resulting mixture was poured and crystallized under pressure.
Расплав перемешивают при погружении импеллера в расплав на 0,2-0,5 высоты расплава. The melt is mixed while the impeller is immersed in the melt at 0.2-0.5 melt heights.
Устройство для получения литых композиционных материалов, включающее тигель, вращающийся на вертикальном валу, импеллер в виде плоского диска, дозатор дисперсного материала с трубкой, имеет отношение диаметров тигля и диска 1:(1,2-1,3). A device for producing cast composite materials, including a crucible rotating on a vertical shaft, an impeller in the form of a flat disk, a dispenser of dispersed material with a tube, has a ratio of the diameters of the crucible and disk 1: (1.2-1.3).
Торец трубки дозатора располагают на расстоянии 5-15 мм от поверхности диска и на расстоянии 15-20 мм от оси вращения импеллера. The end of the dispenser tube is located at a distance of 5-15 mm from the surface of the disk and at a distance of 15-20 mm from the axis of rotation of the impeller.
Ось вращения импеллера смещена относительно оси тигля на величину 3-7 мм. The axis of rotation of the impeller is offset from the axis of the crucible by 3-7 mm.
В качестве материала диска используется титан с азотированной поверхностью. Titanium with a nitrided surface is used as the disk material.
На чертеже показана схема устройства для получения литых композиционных материалов. The drawing shows a diagram of a device for producing cast composite materials.
Устройство состоит из нагревательной печи 1, в которую помещают тигель 2 для расплавленного металла (сплава) 3. По центру тигля на вертикальном валу 4 размещено устройство в виде дискового импеллера 5, имеющего возможность перемещения в вертикальной плоскости. Вал вращается от привода 6. Порошкообразные частицы-наполнители, добавляемые в расплав-матрицу, помещают в бункер 7. Под бункером размещаются дозатор 8 и питающая трубка 9, по которой порошок подается на поверхность диска-импеллера 5. The device consists of a heating furnace 1, in which a crucible 2 for molten metal (alloy) 3 is placed 3. In the center of the crucible on a
Способ и устройство для получения композиционных материалов осуществляется следующим образом. The method and device for producing composite materials is as follows.
В тигель 2, размещенный в печи 1, загружают в твердом виде или заливают сплав 3. Диск-импеллер 5, закрепленный на валу 4, погружают в расплав и придают ему вращение от привода 6 таким образом, что в расплаве образуется воронка. Одновременно из бункера 7 через дозатор 8 и питательную трубку 9 на поверхность вращающегося диска подают порошковый материал-наполнитель. За счет центробежной силы частицы порошка размалываются и внедряются в расплав, образуя суспензию. The crucible 2, placed in the furnace 1, is loaded in solid form or
Для получения качественного композиционного материала с помощью описанного устройства требуется строгая регламентация конструктивных и технологических параметров процесса, которая заключается в следующем. To obtain high-quality composite material using the described device, strict regulation of the design and technological parameters of the process is required, which is as follows.
Перегрев на линии ликвидуса менее, чем 100oС, дает плохое перемешивание, так как металл при низких температурах обладает значительной вязкостью, что уменьшает проникновение механических частиц внутрь расплава. Перегрев более 150oС приводит к большей окисляемости расплава, что отрицательно влияет как на его проницаемость для частиц, так и на качество композита.Overheating on the liquidus line of less than 100 o C, gives poor mixing, since the metal at low temperatures has a significant viscosity, which reduces the penetration of mechanical particles into the melt. Overheating of more than 150 o With leads to greater oxidation of the melt, which negatively affects both its permeability to particles and the quality of the composite.
Перемешивание металла в тигле при положительном градиенте скорости вращения от поверхности тигля к центру вращения необходимо для формирования центробежных сил, действующих на введенные частицы или волокна. Центробежные силы стремятся тяжелые частицы переместить к стенке тигля, поэтому частицы, попавшие на параболоид вращения, стремятся внедриться в металл. Вблизи поверхности тигля, за счет уменьшения частоты вращения, центробежные силы ослабевают и, следовательно, дисперсная фаза не выталкивается на границу раздела расплав - тигель, а остается в металле. Газовые пузыри, попавшие в композит под действием центробежных сил, выталкиваются на свободную поверхность параболоида вращения, за счет чего при вращении композита происходит рафинирование его от газовых включений. Частота вращения менее 4 с-1 не создает требуемую величину центробежных сил; частоты более 8 с-1 приводят к выбросам расплава из тигля.Mixing the metal in the crucible with a positive gradient of the rotation speed from the surface of the crucible to the center of rotation is necessary for the formation of centrifugal forces acting on the introduced particles or fibers. Centrifugal forces tend to move heavy particles to the wall of the crucible, so particles that fall on the paraboloid of rotation tend to invade the metal. Near the surface of the crucible, due to a decrease in the rotation frequency, centrifugal forces are weakened and, therefore, the dispersed phase is not pushed to the melt – crucible interface, but remains in the metal. Gas bubbles that enter the composite under the action of centrifugal forces are pushed onto the free surface of the paraboloid of rotation, due to which, when the composite rotates, it is refined from gas inclusions. A rotational speed of less than 4 s -1 does not create the required value of centrifugal forces; frequencies greater than 8 s -1 lead to emissions of the melt from the crucible.
Армирующий наполнитель композита дополнительно диспергируется при ударе порошково-газовой струи о поверхность вращающегося диска. Мелкие порошки и дисперсные фазы склонны к самопроизвольному комкованию (агломерации) и имеют низкую сыпучесть. Поэтому раздробление слипающихся агломератов - важная операция при введении дисперсных частиц. За счет трения о вращающийся диск частицы наполнителя разгоняются, приобретают скорость 0,5-3 м/с и веерообразной струей врезаются во вращающийся металл вблизи диска и металла, где наблюдается максимальная разность в скоростях их вращения. Разгон до скоростей, меньших 0,5 м/с, не обеспечивает качество композита, а разгон более 3 м/с не реализуется за счет слабых сил трения между частицами наполнителя и поверхностью диска. The reinforcing filler of the composite is additionally dispersed upon impact of the powder-gas jet on the surface of the rotating disk. Fine powders and dispersed phases are prone to spontaneous clumping (agglomeration) and have low flowability. Therefore, the fragmentation of adherent agglomerates is an important operation in the introduction of dispersed particles. Due to friction against the rotating disk, the filler particles accelerate, acquire a speed of 0.5-3 m / s and a fan-shaped jet crashes into the rotating metal near the disk and the metal, where the maximum difference in the speeds of their rotation is observed. Acceleration to speeds less than 0.5 m / s does not ensure the quality of the composite, and acceleration more than 3 m / s is not realized due to the weak friction forces between the filler particles and the disk surface.
Расход менее 0,5 г/с зависит от масштаба установки и приводит к длительному процессу введения, при котором начинают развиваться отрицательные процессы взаимодействия армирующих частиц и расплава, ухудшающие качество композита. Расход более 3 г/с дает недостаточное разбавление струи наполнителя, поэтому не достигается равномерность распределения. Consumption of less than 0.5 g / s depends on the scale of the installation and leads to a long introduction process, in which negative processes of interaction between the reinforcing particles and the melt begin to develop, worsening the quality of the composite. Consumption of more than 3 g / s gives insufficient dilution of the filler stream, so uniform distribution is not achieved.
По окончании введения композит перемешивают диском-импеллером с относительной скоростью 1-5 м/с в течение 60-120 с для раздробления скоплений наполнителя, введенного в композит. Относительная скорость менее 1 м/с или время менее 60 с не обеспечивают полного перетирания и рафинирования. Скорость более 5 м/с и время более 120 с приводят к дополнительному окислению и газонасыщению. At the end of the introduction, the composite is mixed with an impeller disk at a relative speed of 1-5 m / s for 60-120 s to crush aggregations of filler introduced into the composite. Relative speed less than 1 m / s or time less than 60 s do not provide complete grinding and refining. A speed of more than 5 m / s and a time of more than 120 s lead to additional oxidation and gas saturation.
Соотношение диаметра тигля и диаметра диска является определяющим с точки зрения создания требуемой частоты вращения металла и скорости вращения диска, необходимой для обеспечения способа по п.1. При соотношении менее 1,2: 1,0 наблюдается сильная турбулентность металла и выброс его из тигля. При соотношении более 1,3:1,0 не реализуется требуемая частота вращения металла и композита. The ratio of the diameter of the crucible and the diameter of the disk is determining from the point of view of creating the required metal speed and disk speed necessary to ensure the method according to claim 1. With a ratio of less than 1.2: 1.0, strong turbulence of the metal and its ejection from the crucible are observed. With a ratio of more than 1.3: 1.0, the required speed of metal and composite is not realized.
Координаты конца трубки, подводящей дисперсный материал па диск, обеспечивают оптимальные режимы раздробления и разгона порошка или коротких волокон. The coordinates of the end of the tube supplying the dispersed material to the disk provide optimal modes of fragmentation and dispersal of the powder or short fibers.
Смещение оси вращения диска-импеллера относительно оси тигля и, следовательно, оси вращения металла, создает макроскопическую пульсацию вращающегося потока и дополнительное макроскопическое перемешивание. The shift of the axis of rotation of the impeller disk relative to the axis of the crucible and, therefore, the axis of rotation of the metal, creates a macroscopic pulsation of the rotating flow and additional macroscopic mixing.
Пример реализации предлагаемого способа в сравнении с известными приведен в таблице. Степень неравномерности определяли как отношение числа частиц с неравномерным распределением к общему числу частиц, выраженное в процентах. An example of the implementation of the proposed method in comparison with the known is given in the table. The degree of unevenness was determined as the ratio of the number of particles with an uneven distribution to the total number of particles, expressed as a percentage.
Источники информации
1. Патент США 3951651, кл.C 22 1/22, 1976.Sources of information
1. US patent 3951651, CL C 22 1/22, 1976.
2. Заявка ФРГ 2511381, кл.C 21 7/00, 1976. 2. Application of Germany 2511381, class C 21 7/00, 1976.
3. Заявка России 98110258/02, кл.C 22 C 1/10, 21/00, 1998. 3. Application of Russia 98110258/02, CL C 22 C 1/10, 21/00, 1998.
4. Т. А. Чернышева, Л.И.Кобелева, П.Шебо, А.В.Панфилов. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями. М.: Наука, 1993, 272 с. 4. T.A. Chernysheva, L.I. Kobeleva, P.Shebo, A.V. Panfilov. Interaction of metal melts with reinforcing fillers. M .: Nauka, 1993, 272 p.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100658/02A RU2186867C1 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Method and device for production of cast aluminum-base composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100658/02A RU2186867C1 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Method and device for production of cast aluminum-base composite materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2186867C1 true RU2186867C1 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=20244567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001100658/02A RU2186867C1 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Method and device for production of cast aluminum-base composite materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2186867C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105420527A (en) * | 2015-12-23 | 2016-03-23 | 太原科技大学 | Device for preparing aluminum-based composite material through rotary spraying and slight-injecting method |
RU2607016C2 (en) * | 2014-07-01 | 2017-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing a cast composite material |
RU198414U1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for producing cast composite alloys |
CN115572853A (en) * | 2022-12-07 | 2023-01-06 | 北京航空航天大学 | Aluminum matrix composite material refining device and preparation method |
-
2001
- 2001-01-09 RU RU2001100658/02A patent/RU2186867C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЧЕРНЫШОВА Т.А. и др. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями. - М.: Наука, 1993, с. 244-256. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607016C2 (en) * | 2014-07-01 | 2017-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing a cast composite material |
CN105420527A (en) * | 2015-12-23 | 2016-03-23 | 太原科技大学 | Device for preparing aluminum-based composite material through rotary spraying and slight-injecting method |
RU198414U1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for producing cast composite alloys |
CN115572853A (en) * | 2022-12-07 | 2023-01-06 | 北京航空航天大学 | Aluminum matrix composite material refining device and preparation method |
CN115572853B (en) * | 2022-12-07 | 2023-03-10 | 北京航空航天大学 | Aluminum matrix composite material refining device and preparation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6491423B1 (en) | Apparatus for mixing particles into a liquid medium | |
JPS58144442A (en) | Manufacture of aluminum alloy/granular matter composite formed body and device therefor | |
RU2116823C1 (en) | Injection apparatus | |
US4359434A (en) | Process for granulating molten material | |
EP0035281A2 (en) | Method and apparatus of blowing mortar or the like | |
CN107073564A (en) | Apparatus and method for the processing of high shear liquid metals | |
US3594142A (en) | Processes for the pelletization of metallurgical slag | |
RU2186867C1 (en) | Method and device for production of cast aluminum-base composite materials | |
US4824478A (en) | Method and apparatus for producing fine metal powder | |
WO2015005218A1 (en) | Method for producing granulated raw material for sintering applications | |
US4180396A (en) | Method of alloying and/or inoculating and/or deoxidizing cast iron melts produced in a cupola furnace | |
US20020096810A1 (en) | Process for cleaning and purifying molten aluminum | |
US5435527A (en) | Apparatus for the late introduction of particulate alloy when casting a liquid metal | |
JP2002045670A (en) | Device for blending particle | |
JPS59215247A (en) | Method and device for adding inoculant | |
JP2003518431A (en) | Method and apparatus for forming a liquid or molten adhesive layer of uniform thickness on a rotating disk | |
US1947487A (en) | Mixing apparatus | |
US5253697A (en) | Manufacture of articles consisting of a composite material | |
CN100342959C (en) | Apparatus for quickly mixing chemical melt and solid powder | |
JPH0220183Y2 (en) | ||
JP2009191300A (en) | Method for desulfurizing molten pig iron | |
JPH0196342A (en) | Continuous production of hypereutectic al-si alloy composite material | |
JPH04337017A (en) | Apparatus for producing metallic powder | |
RU198414U1 (en) | Device for producing cast composite alloys | |
JP7167571B2 (en) | METAL COMPOSITE MANUFACTURING METHOD AND METAL COMPOSITE MANUFACTURING APPARATUS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050110 |