RU2339485C2 - Method for manufacturing foundry from metallic melt - Google Patents

Method for manufacturing foundry from metallic melt Download PDF

Info

Publication number
RU2339485C2
RU2339485C2 RU2006100567/02A RU2006100567A RU2339485C2 RU 2339485 C2 RU2339485 C2 RU 2339485C2 RU 2006100567/02 A RU2006100567/02 A RU 2006100567/02A RU 2006100567 A RU2006100567 A RU 2006100567A RU 2339485 C2 RU2339485 C2 RU 2339485C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
grain size
casting
castings
till
Prior art date
Application number
RU2006100567/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006100567A (en
Inventor
Олег Владимирович Анисимов (RU)
Олег Владимирович Анисимов
Анатолий Владимирович Попов (RU)
Анатолий Владимирович Попов
Original Assignee
Олег Владимирович Анисимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Владимирович Анисимов filed Critical Олег Владимирович Анисимов
Priority to RU2006100567/02A priority Critical patent/RU2339485C2/en
Priority to PCT/RU2006/000681 priority patent/WO2007081241A2/en
Priority to EP06849279A priority patent/EP2060341A4/en
Publication of RU2006100567A publication Critical patent/RU2006100567A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2339485C2 publication Critical patent/RU2339485C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/20Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: at crystallisation of metallic melt it is implemented uniform volumetric cooling of melt with velocity (2-10)°S/s in created by means of centrifuge gravitational field. Gravitation coefficient is used from the range from 10 till 1000 depending on specified size of foundry grain. At uniform and slow enough cooling of melt grain size of crystallize phase according to growth of gravitation coefficient from 10 till 1000 changes by anomalously. At first grain size is reduces and then at appointed gravitation coefficient for each type of melt it is decreased till receiving of mono-structures.
EFFECT: receiving of foundry without porosity and non-junctions; increasing of foundries density and decreasing of gas content.
7 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к литейному производству.The invention relates to foundry.

Изобретение рассматривает способ управления крупностью зерна для обеспечения возможности получения отливок любой конфигурации и из любых металлических расплавов, обладающих единой заданной структурой по любым сечениям, что адекватно получению отливок без анизотропии служебных свойств.The invention considers a method for controlling grain size to provide the possibility of obtaining castings of any configuration and from any metal melts having a single predetermined structure over any sections, which is adequate to producing castings without anisotropy of service properties.

В настоящее время при производстве отливок из гомогенных расплавов для управления их структурой применяются (во всем объеме) методы либо измельчения, например с помощью ультразвуковых полей, либо известные методы выращивания моноструктур.Currently, in the manufacture of castings from homogeneous melts to control their structure, methods are used (in full) either by grinding, for example using ultrasonic fields, or known methods of growing monostructures.

При необходимости получения отливок из гетерогенных расплавов для измельчения структуры применяются различные методы модифицирования и обработки ультразвуковыми электромагнитными полями. Перечисленные средства являются единственными для обеспечения формирования отливок с заданными структурой и, следовательно, с заданными служебными свойствами при прочих равных условиях.If it is necessary to obtain castings from heterogeneous melts, various methods of modifying and processing with ultrasonic electromagnetic fields are used to grind the structure. These funds are the only ones to ensure the formation of castings with a given structure and, therefore, with specified service properties, ceteris paribus.

Известен способ получения моноструктур, который основан на создании в расплаве переохлаждений, соответствующих (ориентировочно) максимуму линейной скорости роста кристаллов (Csochralski J.Z., Physik. Chem. 1917, Bd 92, S.219.; Chalmers В. Principles of Soli-dification, 1968, p.280).A known method of producing monostructures, which is based on the creation in the melt of supercooling, corresponding (approximately) to the maximum linear crystal growth rate (Csochralski JZ, Physik. Chem. 1917, Bd 92, S.219 .; Chalmers B. Principles of Solification, 1968 , p.280).

Эффективность применения приведенных способов в большой мере зависит от типа расплава, объема отливки, условий теплоотбора (скорости понижения температуры, направления работы холодильников). При этом из-за практической невозможности идентифицировать условия теплоотбора в периферии расплава и с его центральных зон отливка складывается, естественно, с анизотропией балла крупности зерна.The effectiveness of the application of the above methods to a large extent depends on the type of melt, the volume of the casting, heat removal conditions (rate of temperature decrease, direction of operation of refrigerators). Moreover, due to the practical impossibility of identifying the conditions of heat removal in the periphery of the melt and from its central zones, the casting is added, of course, to the anisotropy of the grain size score.

Наиболее близким к предложенному является способ изготовления отливки из металлического расплава путем направленной кристаллизации в созданном посредством центрифуги гравитационном поле при объемном охлаждение расплава со скоростью (0,1÷0,5)°К/с при коэффициенте гравитации, равном или более 10 (Международная публикация WO 94/02270, опуб. 03.02.1994).Closest to the proposed one is a method of manufacturing casting from a metal melt by directional crystallization in a gravitational field created by centrifugation with volumetric cooling of the melt at a rate of (0.1 ÷ 0.5) ° K / s with a gravity coefficient equal to or more than 10 (International publication WO 94/02270, publ. 02/03/1994).

Известный способ не обеспечивает получение отливки с заданной структурой, поскольку не учитывает зависимости крупности зерна от коэффициента гравитации.The known method does not provide a casting with a given structure, because it does not take into account the dependence of grain size on the coefficient of gravity.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по получению отливок любой конфигурации и из любых металлических расплавов, обладающих единой заданной структурой по любым сечениям, что адекватно получению отливок без анизотропии служебных свойств.The present invention is directed to solving the technical problem of producing castings of any configuration and from any metal melts having a single predetermined structure over any sections, which is adequate to producing castings without anisotropy of service properties.

Указанный технический результат достигается способом изготовления отливки из металлического расплава путем направленной кристаллизации в созданном посредством центрифуги гравитационном поле при равномерном объемном охлаждение расплава со скоростью (2÷10)°С/с при коэффициенте гравитации, выбранном из диапазона от 10 до 1000 в зависимости от заданного размера зерна отливки.The specified technical result is achieved by a method of manufacturing a casting from a metal melt by directional crystallization in a gravitational field created by centrifugation with uniform volumetric cooling of the melt at a rate of (2 ÷ 10) ° C / s with a gravity coefficient selected from a range from 10 to 1000 depending on a given grain size castings.

Настоящее изобретение поясняется следующими чертежами:The present invention is illustrated by the following drawings:

на фиг.1 схематично показаны нормированные зависимости Таммана;figure 1 schematically shows the normalized dependencies of Tamman;

фиг.2 - приведен график зависимости величины зерна отливки от создаваемого переохлаждения;figure 2 is a graph of the magnitude of the grain of the casting from the created subcooling;

фиг.3 - схема исходного потенциального рельефа;figure 3 - diagram of the initial potential relief;

фиг.4 - схема искаженного потенциального рельефа;4 is a diagram of a distorted potential terrain;

фиг.5 показан график зависимости величины зерна отливки от коэффициента гравитации;figure 5 shows a graph of the magnitude of the grain of the casting on the coefficient of gravity;

фиг.6 показан график изменения размера зерна в образцах из А99;6 shows a graph of grain size changes in samples from A99;

фиг.7 показан график изменения размера зерна в образцах из АЛ4.Fig.7 shows a graph of the change in grain size in samples from AL4.

Теоретически предсказана и экспериментально подтверждена возможность получения центробежным способом отливок со структурами от монометаллических до ультрадисперсных из любых металлических расплавов при изменении интенсивности гравитационного поля центрифуги.The possibility of obtaining castings with structures from monometallic to ultrafine from any metal melts with a change in the intensity of the gravitational field of the centrifuge is theoretically predicted and experimentally confirmed.

Научное значение явления состоит в получении принципиально новой информации о поведении расплавов металлов в искусственных гравитационных полях при кристаллизации. Наибольший интерес представляет процесс зародышеобраэования и роста кристаллической фазы в условиях равномерного охлаждения. В отличие от имеющейся информации о монотонном уменьшении размера зерна с ростом коэффициента гравитации получены и обоснованы сведения о наличии явно нелинейной данной зависимости.The scientific significance of the phenomenon is to obtain fundamentally new information about the behavior of metal melts in artificial gravitational fields during crystallization. Of greatest interest is the process of nucleation and growth of the crystalline phase under uniform cooling. In contrast to the available information on a monotonic decrease in grain size with increasing gravity coefficient, information on the existence of a clearly nonlinear given dependence is obtained and substantiated.

Практическая ценность изобретения заключается в получении универсального метода управления структурой отливки в диапазоне от монокристаллической до ультрадисперсной без использования модифицирования и вибрационных средств.The practical value of the invention lies in obtaining a universal method for controlling the structure of the casting in the range from single-crystal to ultrafine without the use of modification and vibration means.

Теоретическое доказательство состоит в следующем.The theoretical proof is as follows.

Анализируя нормированные зависимости Таммана (фиг.1), можно представить себе, что формирование в расплаве переохлаждения, равного

Figure 00000001
, однозначно приведет к получению отливки с максимально измельченной структурой за счет форсированного роста количества зародышей (даже в гомогенной системе) при ограниченном объеме расплава - без введения дополнительных модификаторов.Analyzing the normalized dependences of Tamman (Fig. 1), one can imagine that the formation in the melt of supercooling equal to
Figure 00000001
, will unequivocally lead to the production of castings with a finely divided structure due to a forced increase in the number of nuclei (even in a homogeneous system) with a limited melt volume - without the introduction of additional modifiers.

Получение переохлаждений, соответствующих

Figure 00000002
, приведет к форсированному росту линейных размеров кристаллов, что имеет место для систем гомогенного и гетерогенного типа.Obtaining hypothermia corresponding
Figure 00000002
, will lead to a forced increase in the linear sizes of crystals, which is the case for systems of a homogeneous and heterogeneous type.

Обобщая последние выводы, можно синтезировать алгоритм по управлению крупностью зерна отливки, когда управлявшим параметром является переохлаждение. В этом случае зависимость величины зерна отливки (произведенной любым способом) от значения величины переохлаждения имеет вид, приведенный на фиг.2.Summarizing the last conclusions, it is possible to synthesize an algorithm for controlling the grain size of a casting when supercooling is a controlling parameter. In this case, the dependence of the grain size of the casting (produced by any method) on the value of the magnitude of supercooling has the form shown in figure 2.

Требуемое переохлаждение в расплаве (кроме обычных путей охлаждения) можно создать, формируя в расплаве поле давлений, любым образом распределенное. Учитывая, что зависимость температуры кристаллизации расплава имеет вид:The required subcooling in the melt (except for conventional cooling paths) can be created by forming a pressure field in the melt that is distributed in any way. Given that the dependence of the crystallization temperature of the melt has the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Figure 00000004
,
Figure 00000005
- температуры кристаллизации при давлении Рх и нормальном Ро;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- crystallization temperature at a pressure of Px and normal Po;

α - коэффициент принятой модели,α is the coefficient of the adopted model,

можно получить искомую зависимость величины переохлаждения ΔТ от Рх в предположении, что расплав термостабизизирован на уровне температуры кристаллизации

Figure 00000006
:we can obtain the desired dependence of the amount of supercooling ΔТ on Px under the assumption that the melt is thermally stabilized at the level of crystallization temperature
Figure 00000006
:

Figure 00000007
Figure 00000007

Значения величины α для ряда металлов:Values of α for a number of metals:

Алюминий - 6,4·10-2°C м2/Мн,Aluminum - 6.4 · 10 -2 ° C m 2 / Mn,

Железо - 3,0·10-2°C м2/Мн,Iron - 3.0 · 10 -2 ° C m 2 / Mn,

Медь - 4,2·10-2°C м2/Мн,Copper - 4.2 · 10 -2 ° C m 2 / Mn,

Никель - 3,7·10-2°C м2/Мн.Nickel - 3.7 · 10 -2 ° C m 2 / Mn.

Отсюда следует, что для создания ощутимого переохлаждения (адекватного значения интервалов метастабильности) необходимо сформировать в расплаве давление несколько десятков Нм/м2, что при производстве, например, фасонных отливок в керамических формах просто неприемлемо.It follows that to create a noticeable hypothermia (adequate metastability intervals), it is necessary to form a pressure of several tens of Nm / m 2 in the melt, which is simply unacceptable in the production of, for example, shaped castings in ceramic forms.

Можно представить несколько иной способ использования давления для форсированного роста твердой фазы либо за счет повышения скорости зародышеобразования n*(ΔT), либо линейной скорости роста V*(ΔT) кристаллов. Действительно, используя зависимость степени переохлаждаемости расплава от скорости охлаждения, можно изначально переохладить весь расплав до уровня, например, равного

Figure 00000008
, и затем, сформировав в расплаве давлениеOne can imagine a slightly different way of using pressure for forced growth of the solid phase either by increasing the nucleation rate n * (ΔT) or the linear growth rate V * (ΔT) of the crystals. Indeed, using the dependence of the degree of melt overcooling on the cooling rate, it is possible to initially subcool the entire melt to a level, for example, equal to
Figure 00000008
, and then, forming a melt pressure

Figure 00000009
Figure 00000009

получить желаемый результат по структурообразованию отливки. Аналогичный результат может быть получен применительно к задаче укрупнения структуры:get the desired result on the structure formation of the casting. A similar result can be obtained in relation to the problem of structure enlargement:

Figure 00000010
Figure 00000010

В данном случае для устойчивого управления структурой отливки необходимы гораздо меньшие давления

Figure 00000011
,
Figure 00000012
, так как:In this case, much lower pressures are required for stable control of the casting structure.
Figure 00000011
,
Figure 00000012
, as:

Figure 00000013
Figure 00000013

Учитывая то обстоятельство, что значение, например, производной dn*/d(ΔT) в интервале

Figure 00000008
÷
Figure 00000014
превышает 1010, нетрудно рассчитать требуемое давление, необходимое для увеличения скорости зародышеобразования в заданное количество pas Z:Given the fact that the value, for example, of the derivative d n * / d (ΔT) in the interval
Figure 00000008
÷
Figure 00000014
exceeds 10 10 , it is easy to calculate the required pressure necessary to increase the nucleation rate in a given amount pas Z:

Figure 00000015
Figure 00000015

что, в конечном итоге, будет определять крупность зерна отливки.which, ultimately, will determine the grain size of the castings.

При направленной кристаллизации расплавов и их объемном равномерном охлаждении в нелинейных гравитационных полях центрифуг к приведенному механизму влияния на n* и V* получаемого давления за счет наличия центробежных сил Fц:In directional solidification of melts and their uniform volume cooling centrifuge nonlinear gravitational fields to a reduced effect on the mechanism and n * V * obtained by the pressure due to the presence of the centrifugal force F c:

Figure 00000016
Figure 00000016

где γ - удельный вес расплава,where γ is the specific gravity of the melt,

Х - удаление расплава от оси вращения;X - removal of the melt from the axis of rotation;

Kg - коэффициент гравитации,Kg - gravity coefficient,

добавляется искажение за счет Fц исходного потенциального рельефа и, как следствие, появление существенных предпосылок к форсированному росту твердой фазы.distortion is added due to F c of the initial potential relief and, as a result, the emergence of significant prerequisites for forced growth of the solid phase.

Рассмотрим исходный потенциальный рельеф (фиг.3).Consider the initial potential relief (figure 3).

Атом, находясь в потенциальной ямке (Xi) из-за симметрии потенциального рельефа, равновероятно может переместиться в направлении +Х или -X. Анализ зависимостей ТамманаAn atom, located in a potential well (Xi) due to the symmetry of the potential relief, can equally likely move in the + X or -X direction. Tamman dependency analysis

Figure 00000017
Figure 00000017

где U0 - высота потенциального рельефа;where U 0 is the height of the potential relief;

R - газовая постоянная;R is the gas constant;

В - постоянная вещества;B is the constant of the substance;

σ - поверхностное натяжение;σ is the surface tension;

То - температура плавленияThat is the melting point

приводит в выводу, что идентичное увеличение n(ΔT) можно получить, увеличивая ΔТ либо уменьшая U0.leads to the conclusion that an identical increase in n (ΔT) can be obtained by increasing ΔT or decreasing U 0 .

Наличие центробежной силы Fц, равной:The presence of the centrifugal force F c equal to:

Figure 00000018
Figure 00000018

где m1 - масса атома;where m 1 is the mass of the atom;

ω - угловая скорость вращения расплава;ω is the angular velocity of rotation of the melt;

с потенциальной энергиейwith potential energy

Figure 00000019
Figure 00000019

приводит к искажению исходного потенциального рельефа (фиг.4). На самом деле, для перемещения атома из Xi ямки в Xi+1 необходима энергия активацииleads to a distortion of the initial potential relief (figure 4). In fact, to move an atom from the X i hole to X i + 1 , the activation energy is needed

Figure 00000020
Figure 00000020

Для альтернативного перемещения в направлении -X аналогичная энергия равна:For an alternative movement in the -X direction, the similar energy is:

Figure 00000021
Figure 00000021

Суммарное изменение энергии активации равно:The total change in activation energy is equal to:

Figure 00000022
Figure 00000022

При отсутствии Fц (фиг.3) поток атомов расплава к твердой фазе можно определить следующим образом:In the absence of F n (3) melt flow atoms to the solid phase can be determined as follows:

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
Where
Figure 00000024

nk - число атомов, контактирующих с зародышем;n k is the number of atoms in contact with the nucleus;

ν - частота колебания атома;ν is the atomic vibration frequency;

ρ - вероятность перемещения атома в направлении присоединения;ρ is the probability of the atom moving in the direction of attachment;

аналогичный поток "дырок" перемещается, естественно, в направлении -Х (здесь и далее имеется в виду не массоперенос, а одноатомное перемещение к границе раздала фаз).a similar stream of “holes” moves, naturally, in the -X direction (hereinafter, it is not mass transfer that is meant, but a monatomic displacement to the boundary of the phase distribution).

Поток атомов в направлении +X (без вывода) равен:The flow of atoms in the + X direction (without output) is equal to:

Figure 00000025
Figure 00000025

где S - поверхность присоединения атомов;where S is the surface of the attachment of atoms;

Figure 00000026
.
Figure 00000026
.

Совместный анализ выражений (14) и (15) показывает, что их отношение равно:A joint analysis of expressions (14) and (15) shows that their ratio is equal to:

Figure 00000027
Figure 00000027

В реальных условиях литейного производства при Kg>>1 значение Z>>1 даже без учета соответствующих переохлаждений ΔT. Данное обстоятельство и объясняет возможность формирования твердой фазы в нелинейных гравитационных силовых полях.In real conditions of foundry at Kg >> 1, the value Z >> 1 even without taking into account the corresponding supercoolings ΔT. This circumstance explains the possibility of the formation of a solid phase in nonlinear gravitational force fields.

В принципе, можно оценить адекватное по интенсивности влияние Kg, приведенное (или пересчитанное) к ΔTIn principle, it is possible to evaluate the effect of Kg adequate in intensity, reduced (or recalculated) to ΔT

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

где Тц - значение переохлаждения, полученного естественным путем.where Tc is the value of subcooling obtained in a natural way.

Таким образом доказана некоторая адекватность по влиянию на процесс формирования из расплава твердой фазы при наличии внешнего неравномерного гравитационного поля, например, создаваемого центрифугой.Thus, some adequacy is proved by the effect on the formation of a solid phase from the melt in the presence of an external non-uniform gravitational field, for example, created by a centrifuge.

В этой связи очевидна зависимость (аналогичная фиг.2) величины зерна отливки D от коэффициента гравитации К, начиная с 10 (минимально установленный порог, ниже которого картина зародышеобразования повторяет существующие сегодня традиционные процессы кристаллизации) (фиг.5). Величина зерна D (полученная в статике) с ростом К несколько уменьшается, что объяснимо изломом дендридов и модифицированием расплава обломками. Далее рост К приводит к проведению кристаллизации в зоне максимума зависимости n*(ΔТ) или V*(kg), то есть в зоне резкого увеличения размера зерна, вплоть до моноструктуры. При дальнейшем росте величины коэффициента гравитации кристаллизация проводится в зоне максимума n*(ΔT) или n*(kg), что приводит к резкому росту количества центров кристаллизации, то есть к уменьшению размера зерна при Kg=Kц,

Figure 00000031
In this regard, the dependence (similar to FIG. 2) of the size of the casting grain D on the coefficient of gravity K, starting from 10 (the minimum threshold, below which the nucleation pattern repeats the traditional crystallization processes existing today), is obvious (FIG. 5). The grain size D (obtained in statics) decreases slightly with increasing K, which is explained by a fracture of the dendrides and modification of the melt by fragments. Further, the growth of K leads to crystallization in the maximum zone of the dependence n * (ΔТ) or V * (k g ), that is, in the zone of a sharp increase in grain size, up to the monostructure. With a further increase in the gravitational coefficient, crystallization is carried out in the zone of maximum n * (ΔT) or n * (k g ), which leads to a sharp increase in the number of crystallization centers, i.e., to a decrease in grain size at Kg = Kц,
Figure 00000031

После достижения минимального размера зерна Dу он начинает несколько повышаться, что может быть, очевидно, объяснено сопутствующим ростом давления в расплаве, уменьшением диффузии, повышением вязкости.After reaching the minimum grain size Du it starts to increase slightly, which can obviously be explained by the concomitant increase in pressure in the melt, a decrease in diffusion, and an increase in viscosity.

Рассматриваемая эпюра (фиг.5) может иметь место, естественно, лишь в случае, когда побудительной причиной к началу кристаллизации является наличие гравитационного силового поля требуемой интенсивности и квазитермостатирование расплава.The considered plot (Fig. 5) can take place, naturally, only in the case when the induction to the beginning of crystallization is the presence of a gravitational force field of the required intensity and quasithermostation of the melt.

В ходе исследований проводились работы на следующих металлах и сплавах: А99, ВАЛ5, ВАЛ8, АЛ4, Р9, ЖС6К, PC-A10Mg.During the research, work was carried out on the following metals and alloys: A99, VAL5, VAL8, AL4, R9, ZhS6K, PC-A10Mg.

В ходе экспериментов была подробно исследована область коэффициентов гравитации от 10 до 1000 при скоростях сопутствующего охлаждения рабочего расплава (2-10)°С/с.In the course of the experiments, the range of gravity coefficients from 10 to 1000 was studied in detail at the rates of concomitant cooling of the working melt (2-10) ° C / s.

При этом были получены и ультрадисперсные моноструктуры, причем моноструктуры получены без затравок, а монокристалл при скорости роста (0,5-1) мм/С имел плотность дислокации не выше 5·106 см-2.In this case, ultrafine monostructures were also obtained, moreover, the monostructures were obtained without seeds, and the single crystal at a growth rate of (0.5-1) mm / C had a dislocation density of no higher than 5 · 10 6 cm -2 .

Для экспериментов использовался кристаллизатор для промышленного применения (КП-1000) - кристаллизатор Попова - максимальный диаметр слитка 1000 мм. Слиток весом 100 кг и диаметром 1000 мм был получен в кристаллизаторе КП-1000 из материала А99. На фиг.6 и 7 показаны технологические графики крупности зерна для А99 и АЛ4.For experiments, we used a crystallizer for industrial use (KP-1000) - Popov's mold - the maximum ingot diameter was 1000 mm. An ingot weighing 100 kg and a diameter of 1000 mm was obtained in the KP-1000 crystallizer from material A99. 6 and 7 show technological graphs of grain size for A99 and AL4.

Способ изготовления отливки осуществлялся следующим образом.A method of manufacturing a casting was carried out as follows.

Расплав, нагретый до температуры 800°С, заливали в предварительно раскрученный до заданных оборотов центрифугальный кристаллизатор, изложница которого футерована графитом для уменьшения скорости потери тепла расплавом, что вкупе с перегревом заливаемого расплава обеспечивало максимально допустимую скорость объемного остывания расплава, равную 10°С/с. Обороты центрифуги (коэффициент гравитации) задавались соответствующими требуемому размеру отливок в соответствии с полученными заранее зависимостями D от К (фиг.6, 7).The melt, heated to a temperature of 800 ° C, was poured into a centrifugal crystallizer pre-spun to a predetermined speed, the mold of which was lined with graphite to reduce the rate of heat loss by the melt, which, together with overheating of the melt being poured, ensured the maximum permissible rate of volumetric cooling of the melt equal to 10 ° C / s . The centrifuge turns (gravity coefficient) were set corresponding to the required size of the castings in accordance with the previously obtained dependences of D on K (Fig.6, 7).

Пример 1.Example 1

Для получения отливки из алюминия А99 с размером зерна 1-2 мм включали центрифугу со скоростью 1200 об/мин, что соответствует К=200 (фиг.7). Осуществляли объемное охлаждение со скоростью 8°С/с. Замер размера зерна полученной отливки показал значение 1,5 мм.To obtain castings from A99 aluminum with a grain size of 1-2 mm, a centrifuge was turned on at a speed of 1200 rpm, which corresponds to K = 200 (Fig. 7). Volumetric cooling was carried out at a rate of 8 ° C / s. Measurement of the grain size of the obtained casting showed a value of 1.5 mm.

Пример 2.Example 2

Для получения отливки из алюминия А99 с монокристаллической структурой (D=∞) включали центрифугу со скоростью 350 об/мин, что соответствует К=50 (фиг.7). Осуществляли объемное охлаждение со скоростью 2°С/с. Замер размера зерна полученной отливки показал монокристаллическую структуру.To obtain a casting from A99 aluminum with a single-crystal structure (D = ∞), a centrifuge was turned on at a speed of 350 rpm, which corresponds to K = 50 (Fig. 7). Volumetric cooling was carried out at a rate of 2 ° C / s. Measurement of the grain size of the obtained casting showed a single crystal structure.

Пример 3.Example 3

Для получения отливки из алюминия АЛ4 с размером зерна 4 мм включали центрифугу со скоростью 150 об/мин, что соответствует К=10 (фиг.7). Осуществляли объемное охлаждение со скоростью 7°С/с. Замер размера зерна полученной отливки показал значение 4,2 мм.To obtain an AL4 aluminum casting with a grain size of 4 mm, a centrifuge was turned on at a speed of 150 rpm, which corresponds to K = 10 (Fig. 7). Volumetric cooling was carried out at a rate of 7 ° C / s. Measurement of the grain size of the obtained casting showed a value of 4.2 mm

Пример 4.Example 4

Для получения отливки из алюминия АЛ4 с размером зерна 2 мм включали центрифугу со скоростью 600 об/мин, что соответствует К=20 (фиг.7). Осуществляли объемное охлаждение со скоростью 10°С/с. Замер размера зерна полученной отливки показал значение 2,05 мм.To obtain an AL4 aluminum casting with a grain size of 2 mm, a centrifuge was turned on at a speed of 600 rpm, which corresponds to K = 20 (Fig. 7). Volumetric cooling was carried out at a rate of 10 ° C / s. Measurement of the grain size of the obtained casting showed a value of 2.05 mm

Таким образом, получено практическое подтверждение теоретических предпосылок.Thus, practical confirmation of the theoretical premises has been obtained.

На основе данного изобретения может быть решена полностью научная задача динамического стимулирования зародышеобразования и роста кристаллической фазы в нелинейных стационарных силовых полях. Кроме этого, появляется возможность построения аналитических детерминированных алгоритмов уверенного управления структурообразованием отливок.Based on the present invention, the completely scientific problem of dynamically stimulating nucleation and crystalline phase growth in nonlinear stationary force fields can be solved. In addition, it becomes possible to build analytical deterministic algorithms for confident control of the structure formation of castings.

Практическая роль изобретения заключается в возможности получения отливок любой конфигурации и из любых металлических расплавов, обладающих единой заданной структурой по любым сечениям, что адекватно получению отливок без анизотропии служебных свойств.The practical role of the invention lies in the possibility of producing castings of any configuration and from any metal melts having a single predetermined structure over any sections, which is adequate to producing castings without anisotropy of service properties.

Кроме отмеченного следует обратить внимание на некоторые побочные эффекты:In addition to the noted, you should pay attention to some side effects:

- отсутствие пор;- lack of pores;

- отсутствие неспаев;- lack of nonsense;

- существенное уменьшение газосодержания (более чем в 10 раз);- a significant reduction in gas content (more than 10 times);

- повышение плотности отливок.- increase the density of castings.

Claims (1)

Способ изготовления отливки из металлического расплава путем направленной кристаллизации в созданном посредством центрифуги гравитационном поле при равномерном объемном охлаждении расплава со скоростью 2÷10°С/с при коэффициенте гравитации, выбранном из диапазона от 10 до 1000 в зависимости от заданного размера зерна отливки.A method of manufacturing a casting from a metal melt by directional crystallization in a gravitational field created by centrifugation with uniform volumetric cooling of the melt at a rate of 2 ÷ 10 ° C / s with a gravity coefficient selected from a range from 10 to 1000 depending on the given grain size of the casting.
RU2006100567/02A 2006-01-16 2006-01-16 Method for manufacturing foundry from metallic melt RU2339485C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100567/02A RU2339485C2 (en) 2006-01-16 2006-01-16 Method for manufacturing foundry from metallic melt
PCT/RU2006/000681 WO2007081241A2 (en) 2006-01-16 2006-12-19 Method for modifying the grain size of cast products obtained from commercial melts
EP06849279A EP2060341A4 (en) 2006-01-16 2006-12-19 Method for modifying the grain size of cast products obtained from commercial melts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100567/02A RU2339485C2 (en) 2006-01-16 2006-01-16 Method for manufacturing foundry from metallic melt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006100567A RU2006100567A (en) 2007-07-27
RU2339485C2 true RU2339485C2 (en) 2008-11-27

Family

ID=38256740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100567/02A RU2339485C2 (en) 2006-01-16 2006-01-16 Method for manufacturing foundry from metallic melt

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2060341A4 (en)
RU (1) RU2339485C2 (en)
WO (1) WO2007081241A2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010093283A2 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Anisimov Oleg Vladimirovich Method for producing a commercially pure metal and a monocrystal therefrom
WO2011031182A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 Anisimov Oleg Vladimirovich Method for producing ingots of damascus steel
RU2618302C2 (en) * 2015-09-15 2017-05-03 Евгений Михайлович Соловьев Method of obtaining nanostructured metal products
RU2763366C1 (en) * 2021-06-10 2021-12-28 Соловьева Мария Петровна Method for obtaining restructured zinc

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH591297A5 (en) * 1975-03-07 1977-09-15 Battelle Memorial Institute
SU1135541A1 (en) * 1983-08-29 1985-01-23 Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" Method of centrifugal casting of steel billet
SU1424952A1 (en) * 1985-12-25 1988-09-23 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Method of centrifugal casting
AU2428892A (en) * 1992-07-28 1994-02-14 Alexandr Lvovich Inozemtsev Method of making castings by oriented melt crystallization
JP4132698B2 (en) * 2001-03-22 2008-08-13 株式会社栗本鐵工所 Iron-based shape memory alloy tube and manufacturing method thereof
JP2004002981A (en) * 2002-03-27 2004-01-08 Kurimoto Ltd Ferrous shape memory alloy tube and its production method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010093283A2 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Anisimov Oleg Vladimirovich Method for producing a commercially pure metal and a monocrystal therefrom
WO2010093283A3 (en) * 2009-02-16 2010-10-07 Anisimov Oleg Vladimirovich Method for producing a commercially pure metal and a monocrystal therefrom
WO2011031182A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 Anisimov Oleg Vladimirovich Method for producing ingots of damascus steel
RU2618302C2 (en) * 2015-09-15 2017-05-03 Евгений Михайлович Соловьев Method of obtaining nanostructured metal products
RU2763366C1 (en) * 2021-06-10 2021-12-28 Соловьева Мария Петровна Method for obtaining restructured zinc

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007081241A3 (en) 2007-09-07
RU2006100567A (en) 2007-07-27
EP2060341A2 (en) 2009-05-20
WO2007081241A2 (en) 2007-07-19
EP2060341A4 (en) 2010-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Taghavi et al. Study on the ability of mechanical vibration for the production of thixotropic microstructure in A356 aluminum alloy
RU2339485C2 (en) Method for manufacturing foundry from metallic melt
Zhang et al. Influence of the low voltage pulsed magnetic field on the columnar-to-equiaxed transition during directional solidification of superalloy K4169
WO2009120107A1 (en) Method for producing castings by means of directed crystallisation
Han et al. Investigation on freckle formation and evolution of single-crystal nickel-based superalloy specimens with different thicknesses and abrupt cross-section changes
WO2007030406A2 (en) Method of making sputtering target and target
KR100718405B1 (en) Controlling casting grain spacing
Gao et al. Effect of oscillation frequency on microstructure of A356 slurry prepared by semi-solid metal forming with flow
Vian et al. Cooling-assisted ultrasonic grain refining of aluminum E380 die casting alloy
JP3919810B2 (en) Method for producing semi-solid metal slurry, molding method and molded product
US5309976A (en) Continuous pour directional solidification method
Jiang et al. Effect and kinetic mechanism of ultrasonic vibration on solidification of 7050 aluminum alloy
RU2312156C2 (en) Method of production of superpurity metals and monocrystals from them
Yang et al. Formation of stray grains during directional solidification of a superalloy AM3
Reddy et al. Numerical simulation of directionally solidified CM247LC high pressure turbine blade
US10507521B2 (en) Mould for casting a monocrystalline component
Guo et al. Formation of grain refined and non-dendritic microstructure of an aluminum alloy under angular oscillation
Guo et al. Effects of Solid–Liquid Mixing on Microstructure of Semi-Solid A356 Aluminum Alloy
WO2010008316A1 (en) Method for producing additions and hardeners for producing alloys
Jain et al. Non-dendritic structural changes in Al–7Si alloy cast through rapid slurry formation (RSF) process
EP1546421A2 (en) Semi-solid metal casting process and product thereof
US3543284A (en) Process for casting single crystal shapes
EP1900455A1 (en) Semi-solid casting method and charge
Toloraya et al. Production of Single-Crystal Seeds [001] from Nickel–Tungsten Alloys by Directional Crystallization
US20220017993A1 (en) Method and apparatus for processing a liquid alloy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080117

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20091120

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20100226

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140117