RU2521744C2 - Device for high-temperature test of metals and alloys - Google Patents
Device for high-temperature test of metals and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2521744C2 RU2521744C2 RU2011133061/02A RU2011133061A RU2521744C2 RU 2521744 C2 RU2521744 C2 RU 2521744C2 RU 2011133061/02 A RU2011133061/02 A RU 2011133061/02A RU 2011133061 A RU2011133061 A RU 2011133061A RU 2521744 C2 RU2521744 C2 RU 2521744C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- alloys
- metals
- temperature
- melting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, конкретно к устройствам для высокотемпературного испытания металлов и сплавов.The invention relates to metallurgy, specifically to devices for high-temperature testing of metals and alloys.
В литературе известны устройства для высокотемпературных исследований металлургических процессов в замкнутых герметизированых условиях, включающие герметизированную камеру, в которой размещают нагреватель с тиглем из огнеупорного материала для нагрева в нем металла, трубопроводы для соединения камеры с вакуумно-обменной системой, приспособлениями для проведения измерений (См. например [1] - кн. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А. Контактный теплообмен. M. - Л., Госэнергоиздат, 1963, С. - 107; [2] - Черногоров П.В., Васин Ю.П., Никифоров А.П. Исследование физико-химических процессов образования пригара на стальных отливках в песчаных формах. Статья в сборнике докладов на 36 международном конгрессе литейщиков.: Белград, 1969. - «360 Cif - С. №23-1»).In the literature, devices are known for high-temperature studies of metallurgical processes in closed sealed conditions, including a sealed chamber in which a heater with a crucible made of refractory material is placed to heat metal in it, pipelines for connecting the chamber to a vacuum-exchange system, and devices for taking measurements (See for example [1] - Prince Shlykov Yu.P., Ganin EA Contact heat transfer. M. - L., Gosenergoizdat, 1963, S. - 107; [2] - Chernogorov P.V., Vasin Yu.P. ., Nikiforov A.P. Study of Physics ble processes of burn-on steel castings in sand molds article in the proceedings of the International Congress 36 on casters .: Beograd, 1969. -. "360 Cif - S. №23-1»).
В Указанном источнике [1] приведена схема устройства для определения контактного теплового сопротивления между образцами в процессе теплового нагрева и силового воздействия в условиях вакуума или заданной газовой среды.The specified source [1] shows a diagram of a device for determining contact thermal resistance between samples in the process of thermal heating and force exposure in a vacuum or a given gas environment.
Однако приведенное известное устройство применяется при исследовании в условиях нагрева до сравнительно малых температур и не позволяет использовать его для высокотемпературных исследований при расплавлении металлов или сплавов.However, the above known device is used in the study under conditions of heating to relatively low temperatures and does not allow it to be used for high-temperature studies in the melting of metals or alloys.
В источнике [2] приведено устройство для исследования процессов взаимодействия металлов с огнеупорными материалами при высоких температурах в герметизированной камере при изменении газовой атмосферы. Однако указанное устройство не позволяет определять количество и состав компонентов металлов и сплавов при их высокотемпературном испарении.The source [2] provides a device for studying the processes of interaction of metals with refractory materials at high temperatures in a sealed chamber with a change in the gas atmosphere. However, this device does not allow to determine the number and composition of the components of metals and alloys during their high-temperature evaporation.
Известно устройство для высокотемпературных исследований, включающее герметизированный разъемный корпус камеры, микропечь с конусным нагревателем для нагрева металлических образцов, герметизирующую крышку с электродами ([3] А.Н. Цибрик. Физико-химические процессы в контактной зоне металл-форма. Киев, изд-во «Наукова Думка», 1977. - С. - 52).A device for high-temperature research, including a sealed detachable camera body, a micro-furnace with a cone heater for heating metal samples, a sealing cap with electrodes ([3] AN Tsibrik. Physical and chemical processes in the metal-mold contact zone. Kiev, ed. in "Naukova Dumka", 1977. - S. - 52).
Указанное устройство применяют при исследовании металлов лишь в контактной зоне и при температурах, не превышающих температуру плавления металлов, так как в устройстве не предусмотрен тигель из огнеупорного материала для расплавления и удерживания расплава исследуемого металла. Поэтому указанное устройство не позволяет доводить металлический образец до расплавления и исследовать парообразные выделения - возгоны при расплавлении металлов и сплавов.The specified device is used in the study of metals only in the contact zone and at temperatures not exceeding the melting temperature of metals, since the device does not provide a crucible made of refractory material for melting and holding the molten metal of the studied metal. Therefore, this device does not allow to bring the metal sample to melting and to investigate vaporous emissions - sublimates during the melting of metals and alloys.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является известное устройство для проведения высокотемпературных исследований взаимодействия металлов с огнеупорными материалами (см. Денисов В.А. Влияние газовой среды на образование механического пригара. Статья в кн. Дефекты отливок и меры их предупреждения.: М. Машгиз, 1962. - С.189.)The closest in technical essence and the achieved effect is a known device for conducting high-temperature studies of the interaction of metals with refractory materials (see Denisov V.A. Influence of a gaseous medium on the formation of a mechanical burnout. Article in the book. Defects of castings and measures to prevent them: M. Mashgiz, 1962. - P.189.)
Известное устройство включает в качестве основных элементов герметизированную разъемную камеру, в которой размещают тигель для нагрева металлического образца, трубопроводы для откачки из камеры воздуха и подачи в нее газа, измеритель температуры, нагреватель.The known device includes as main elements a sealed detachable chamber in which a crucible for heating a metal sample is placed, pipelines for pumping air from the chamber and supplying gas thereto, a temperature meter, a heater.
Известное устройство позволяет проводить исследование процессов взаимодействия металлов с огнеупорами при высоких температурах, но не обеспечивает возможность определения продуктов испарения - возгонов металлов и сплавов при их нагреве и расплавлении.The known device allows the study of the processes of interaction of metals with refractories at high temperatures, but does not provide the ability to determine the evaporation products - sublimates of metals and alloys during their heating and melting.
Задачей изобретения является разработка такой конструкции устройства для высокотемпературного испытания металлов и сплавов, которое обеспечило бы возможность проводить расплавление металлов и сплавов в изолированном и герметизированном пространстве и определять количество продуктов испарения металлов и сплавов - возгонов при их высокотемпературном нагреве и расплавлении.The objective of the invention is to develop such a design of a device for high-temperature testing of metals and alloys, which would provide the ability to carry out the melting of metals and alloys in an isolated and sealed space and to determine the amount of evaporation products of metals and alloys - sublimates during their high-temperature heating and melting.
Известное устройство включает в качестве основных элементов герметизированную разъемную камеру, в которой размещают тигель для нагрева металлического образца, трубопроводы для откачки из камеры воздуха и подачи в нее газа, измеритель температуры, нагреватель.The known device includes as main elements a sealed detachable chamber in which a crucible for heating a metal sample is placed, pipelines for pumping air from the chamber and supplying gas thereto, a temperature meter, a heater.
Задача решается тем, что устройство для высокотемпературного испытания металлов и сплавов, содержащее герметизированную разъемную камеру с размещенным в ней испытуемым образцом из металла или сплава, расположенным внутри герметизированной разъемной камеры, трубопроводы для откачки из камеры воздуха и подачи в нее газа, измеритель температуры, индукционный нагреватель, согласно изобретению в верхней части герметизированной разъемной камеры дополнительно размещены съемная охлаждаемая пластина из легированной жаростойкой стали и закрепленная на охлаждаемом элементе, соединенным трубопроводами с агрегатом подачи и циркуляции охладительного вещества в охлаждаемом элементе.The problem is solved in that a device for high-temperature testing of metals and alloys, containing a sealed detachable chamber with a test sample of metal or alloy placed inside it, located inside a sealed detachable chamber, pipelines for pumping air out of the chamber and supplying gas to it, temperature meter, induction the heater according to the invention in the upper part of the sealed detachable chamber is additionally placed a removable cooled plate of alloy heat-resistant steel and replicated on the cooled element connected by pipelines to the supply unit and circulation of the coolant in the cooled element.
Сущность изобретения поясняется на схеме устройства, приведенной на фиг.1.The invention is illustrated in the diagram of the device shown in figure 1.
Устройство включает верхнюю съемную часть герметизированной разъемной камеры 1, которая соединена трубопроводами 2 и 3 с любым известным агрегатом для откачки воздуха из камеры и подачи в нее газа. Внутри верхней части герметизированной разъемной камеры согласно предлагаемому изобретению расположен охлаждаемый элемент 4, соединенный трубопроводами 5 и 6 с источником охладительного вещества в охлаждаемом элементе. К охлаждаемому элементу с помощью крепежных скоб 14 крепится съемная охлаждаемая пластина, выполненная из легированной жаростойкой стали. В нижней части разъемной камеры 12, соединенной с верхней частью 1 фланцевым соединением 8, расположены образец из испытуемого материала 9, размещаемый в тигле 10 из огнеупорного материала, вокруг которого расположен индукционный нагреватель 11. Температура образца определяется платина-платнародиевой термопарой с измерительным прибором 13.The device includes an upper removable part of a sealed detachable chamber 1, which is connected by pipelines 2 and 3 to any known unit for pumping air from the chamber and supplying gas to it. Inside the upper part of the sealed detachable chamber according to the invention, there is a cooled element 4 connected by pipelines 5 and 6 to a source of coolant in the cooled element. With the help of fixing brackets 14, a removable cooled plate made of alloy heat-resistant steel is attached to the cooled element. In the lower part of the detachable chamber 12, connected to the upper part 1 by a flange connection 8, there is a sample from the test material 9, placed in a crucible 10 made of refractory material, around which an induction heater 11 is located.
Сущность изобретения состоит в том, что при высокотемпературном нагреве и расплавлении испытуемого образца из него выделяется в виде возгона (паров) содержащиеся в нем химические элементы, которые под действие вакуума перемещаются в охлаждаемую часть герметизированной камеры и осаждаются (конденсируются) в виде твердого вещества (пленки) на охлаждаемой пластине коробчатого охлаждаемого элемента. Затем осажденное на охлаждаемой пластине вещество счищается и подвергается химическому анализу.The essence of the invention lies in the fact that during high-temperature heating and melting of the test sample, the chemical elements contained in it are released in the form of sublimation (vapors), which under vacuum are transferred to the cooled part of the sealed chamber and precipitated (condensed) in the form of a solid substance (film) ) on the cooled plate of the boxed cooled element. Then the substance deposited on the cooled plate is cleaned and subjected to chemical analysis.
В зависимости от температуры нагрева испытуемого образца и времени выдержки его при температуре испытания определяют величину и очередность испарения химических элементов, содержащихся в испытуемом образце.Depending on the heating temperature of the test sample and its exposure time at the test temperature, the magnitude and sequence of evaporation of the chemical elements contained in the test sample is determined.
Порядок работы на предлагаемом устройстве следующий.The order of work on the proposed device is as follows.
Перед работой в нижней части устройства в тигель 10 помещают испытуемый образец 9 из металла или сплава. В верхней части устройства на коробчатом охладителе закрепляют посредством скоб 14 калиброванную по массе пластину 7 из легированной жаростойкой стали. На нижнюю часть устройства устанавливают верхняя часть и обе части скрепляют между собой посредством фланцевого соединения 8.Before working at the bottom of the device, a test sample 9 of metal or alloy is placed in the crucible 10. In the upper part of the device, a mass-calibrated plate 7 of alloyed heat-resistant steel is fixed on the box cooler by means of brackets 14. The upper part is installed on the lower part of the device and both parts are fastened together by means of a flange connection 8.
Затем в коробчатый охладитель 4 посредством труб 5 и 6 подают холодную воду. С помощью труб 2 и 3 в камере создают требуемую газовую атмосферу или вакуум. После этого включают индуктор нагревателя 11 и производят нагрев образца 9 в тигле 10 до достижения расплавления образца.Then in the box cooler 4 through the pipes 5 and 6 serves cold water. Using pipes 2 and 3 in the chamber create the desired gas atmosphere or vacuum. After that, the inductor of the heater 11 is turned on and the sample 9 is heated in the crucible 10 until the sample is melted.
Степень нагрева образца контролируют по температуре, определяемой термопарой типа ТПП (термопара платина-платинародий), установленной в тигле 10. При расплавлении образца и перегреве расплава происходит его испарение.The degree of heating of the sample is controlled by the temperature determined by the thermocouple type TPP (thermocouple platinum-platinum rhodium) installed in the crucible 10. When the sample is melted and the melt overheats, it evaporates.
Пары расплава под действием разряжения (при вакуумировании) в верхней части камеры поднимаются вверх и контактируют с поверхностью охладительной пластины 7. В результате контакта паров расплава на холодной пластине происходит конденсация твердой фазы из возгоняемого потока.The melt vapor under vacuum (during evacuation) in the upper part of the chamber rises up and contacts the surface of the cooling plate 7. As a result of the contact of the melt vapor on the cold plate, condensation of the solid phase from the sublimated stream occurs.
По окончании теплового воздействия на расплавленный образец 9 индуктор выключают и выдерживают до полного охлаждения образца и конденсата на пластине 7. Затем верхнюю часть камеры отсоединяют от нижней части и из камеры извлекают охладительную пластину с осадком в виде твердого вещества-конденсата.At the end of the thermal effect on the molten sample 9, the inductor is turned off and held until the sample and condensate are completely cooled on the plate 7. Then, the upper part of the chamber is disconnected from the lower part and a cooling plate with a precipitate in the form of a condensate solid is removed from the chamber.
Затем пластину 7 взвешивают и по разности массы пластины до и после нагрева и расплавления образца 9 определяют массу осадка - продукта испарения расплава - возгона. Количество образующегося осадка - возгона определяют по разности масс взвешиванием охладительной пластины в исходном состоянии до начала испытания и после высокотемпературного испытания. Количество осадка определяют по разности масс охладительной пластины.Then, the plate 7 is weighed and the mass of the precipitate, the product of the evaporation of the melt, the sublimate, is determined by the difference in the mass of the plate before and after heating and melting of sample 9. The amount of sludge formed - sublimation is determined by the mass difference by weighing the cooling plate in the initial state before the test and after the high-temperature test. The amount of sediment is determined by the mass difference of the cooling plate.
Полученный осадок счищают с охладительной пластины 7 и проводят анализ компонентного состава осадка спектральным или химическим методом.The resulting precipitate is cleaned off from the cooling plate 7 and the component composition of the precipitate is analyzed by spectral or chemical methods.
Таким образом, устройство с приведенными на чертеже основными элементами позволяет определять количество и химический состав твердофазного возгона, образующегося при плавлении металлических сплавов и протекании металлургических процессов в плавильных печах и разливочных ковшах.Thus, the device with the basic elements shown in the drawing allows to determine the amount and chemical composition of solid-phase sublimation formed during the melting of metal alloys and the flow of metallurgical processes in melting furnaces and casting ladles.
Это важно не только для определения опасных для окружающей среды выделений, имеющих место при проведении металлургических процессов, но и для разработки способов очистки расплавов от вредных примесей: серы, фосфора, легкоплавких включений цинка, олова, свинца и других вредных примесей металлов и сплавов.This is important not only for determining environmental hazardous emissions occurring during metallurgical processes, but also for developing methods for cleaning melts from harmful impurities: sulfur, phosphorus, low-melting inclusions of zinc, tin, lead and other harmful impurities of metals and alloys.
Примеры испытаний устройства.Test device examples.
Испытания проводили на трех видах сплавах: соответственно по примерам: сером чугуне, ферромарганце и силикомарганце. При этом определяли количество образующегося осадка и химический состав по содержанию вредных примесей: фосфора и серы.The tests were carried out on three types of alloys: respectively, according to examples: gray cast iron, ferromanganese and silicomanganese. In this case, the amount of precipitate formed and the chemical composition were determined by the content of harmful impurities: phosphorus and sulfur.
Пример 1. Определение количества и химического состава возгона, образующегося при расплавлении и перегреве серого чугуна марки СЧ20 (Гост 1412-95).Example 1. Determination of the amount and chemical composition of the sublimate formed during the melting and overheating of gray cast iron grade SCH20 (GOST 1412-95).
Расплавление перегрев чугуна проводили при температуре 1430-1450°С в течение 15 минут в вакууме. Исходное содержание примесей в образце: фосфора 0,2%, серы 0,15.Melting overheating of cast iron was carried out at a temperature of 1430-1450 ° C for 15 minutes in vacuum. The initial content of impurities in the sample: phosphorus 0.2%, sulfur 0.15.
Пример 2. Тоже для чугуна СЧ20 при испытании в окислительной атмосфере воздуха.Example 2. Also for cast iron SCH20 when tested in an oxidizing atmosphere.
Пример 3. Испытание образца из ферромарганца марки ФМн75А (Гост 4755-95) с исходным содержанием фосфора 0,05%, серы 0,025..Example 3. Testing a sample of ferromanganese brand FMn75A (GOST 4755-95) with an initial phosphorus content of 0.05%, sulfur 0.025 ..
Пример 4. Испытание образца из силикомарганца марки СМн10 (Гост 4756-92) с исходным содержанием фосфора 0,35%, серы 0,03.Example 4. Testing a sample of silicomanganese grade СМн10 (GOST 4756-92) with an initial phosphorus content of 0.35%, sulfur 0.03.
Результаты испытания приведены в таблице.The test results are shown in the table.
Полученные результаты испытаний, приведенные в таблице, позволяют проводить оценку влияния температуры, продолжительности обработки расплавленного образца в устройстве и характера газовой атмосферы на процесс удаления из расплава вредных примесей.The obtained test results, shown in the table, allow us to assess the influence of temperature, the duration of processing of the molten sample in the device and the nature of the gas atmosphere on the process of removing harmful impurities from the melt.
Промышленное применение предлагаемого устройства.Industrial application of the proposed device.
Предлагаемое устройство может быть применено при разработке технологии высокотемпературной обработки металлов и сплавов в черной и цветной металлургии и способов эффективной очистки сплавов от таких нежелательных примесей, как фосфор и сера.The proposed device can be used in the development of high-temperature processing of metals and alloys in ferrous and non-ferrous metallurgy and methods for efficiently cleaning alloys of such undesirable impurities as phosphorus and sulfur.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011133061/02A RU2521744C2 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for high-temperature test of metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011133061/02A RU2521744C2 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for high-temperature test of metals and alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011133061A RU2011133061A (en) | 2013-02-10 |
| RU2521744C2 true RU2521744C2 (en) | 2014-07-10 |
Family
ID=49119615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011133061/02A RU2521744C2 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | Device for high-temperature test of metals and alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2521744C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113896320B (en) * | 2021-09-23 | 2023-02-17 | 苏州金泽环境发展有限公司 | Deep well aeration test device capable of simulating high-pressure low-temperature anaerobism |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU676911A1 (en) * | 1976-02-20 | 1979-07-30 | Фрунзенский политехнический институт | Apparatus for thermovacuum testing |
| SU1232995A1 (en) * | 1985-01-28 | 1986-05-23 | Предприятие П/Я В-2190 | Arrangement for high-temperature mechanical testing of specimen |
-
2011
- 2011-08-05 RU RU2011133061/02A patent/RU2521744C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU676911A1 (en) * | 1976-02-20 | 1979-07-30 | Фрунзенский политехнический институт | Apparatus for thermovacuum testing |
| SU1232995A1 (en) * | 1985-01-28 | 1986-05-23 | Предприятие П/Я В-2190 | Arrangement for high-temperature mechanical testing of specimen |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДЕНИСОВ В.А. Дефекты отливок и мера их предупреждения. Москва. Машгиз. 1962, с. 189. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011133061A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6655587B2 (en) | Vacuum distillation method and apparatus for high purity magnesium | |
| Dong et al. | Effect of slag on inclusions during electroslag remelting process of die steel | |
| Wielgosz et al. | Differential scanning calorimetry study of peritectic steel grades | |
| Vončina et al. | Effect of Ce on solidification and mechanical properties of A360 alloy | |
| Jiang et al. | Effect of slag on titanium, silicon, and aluminum contents in superalloy during electroslag remelting | |
| Park | Thermodynamic investigation on the formation of inclusions containing MgAl2O4 spinel during 16Cr–14Ni austenitic stainless steel manufacturing processes | |
| Gomes et al. | Effect of melting pressure and superheating on chemical composition and contamination of yttria-coated ceramic crucible induction melted titanium alloys | |
| US9707621B2 (en) | System for metal atomisation and method for atomising metal powder | |
| Yuan et al. | Investigation into the use of CaZrO3 as a facecoat material in the investment casting of TiAl alloys | |
| Manjili et al. | Removal of non-metallic inclusions from nickel base superalloys by electromagnetic levitation melting in a slag | |
| Kartavykh et al. | TiAl–Nb melt interaction with pyrolytic boron nitride crucibles | |
| Liu et al. | Effect of crystallization on the abrupt viscosity increase during the slag cooling process | |
| RU2521744C2 (en) | Device for high-temperature test of metals and alloys | |
| Kuzmanov et al. | Investigation the effect of modification with nanopowders on crystallization process and microstructure of some alloys | |
| US20120255701A1 (en) | Systems and methods for casting metallic materials | |
| Gallino et al. | On the kinetic and thermodynamic fragility of the Pt60Cu16Co2P22 and Pt57. 3Cu14. 6Ni5. 3P22. 8 bulk metallic glasses | |
| Choe et al. | Surface tension measurements of 430 stainless steel | |
| Voß et al. | Synthesis of defect-free single-phase bars of high-melting Laves phases through modified cold crucible levitation melting | |
| CN111965087A (en) | Device and method for testing solid-phase carburization behavior of ferroalloy | |
| Schoß et al. | Removal of Iron from a Secondary Al–Si Die‐Casting Alloy by Metal Melt Filtration in a Laboratory Filtration Apparatus | |
| Wunderlich et al. | Thermophysical Properties of a Fe‐Cr‐Mo Alloy in the Solid and Liquid Phase | |
| Shi et al. | Study of phase relations of ZnO-containing fayalite slag under Fe saturation | |
| ŽALUDOVÁ et al. | Study of DTA method experimental conditions and of their influence on obtained data of metallic systems | |
| Xie et al. | Desulfurization mechanism of K4169 superalloy using CaO crucible in vacuum induction melting process | |
| Shi et al. | Evolution of Oxide Inclusions in Si–Mn-Killed Steel During ESR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140326 |