RU2572681C2 - Способ получения литой цилиндрической заготовки - Google Patents

Способ получения литой цилиндрической заготовки Download PDF

Info

Publication number
RU2572681C2
RU2572681C2 RU2014117783/02A RU2014117783A RU2572681C2 RU 2572681 C2 RU2572681 C2 RU 2572681C2 RU 2014117783/02 A RU2014117783/02 A RU 2014117783/02A RU 2014117783 A RU2014117783 A RU 2014117783A RU 2572681 C2 RU2572681 C2 RU 2572681C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
spiral
metal
tube
wire
Prior art date
Application number
RU2014117783/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014117783A (ru
Inventor
Юрий Николаевич Логинов
Людмила Алексеевна Мальцева
Татьяна Викторовна Мальцева
Анна Владимировна Левина
Андрей Алексеевич Палехов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2014117783/02A priority Critical patent/RU2572681C2/ru
Publication of RU2014117783A publication Critical patent/RU2014117783A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2572681C2 publication Critical patent/RU2572681C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Continuous Casting (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения заготовок типа дисков или колец из композиционных материалов. Способ включает получение расплавленного металлического материала матрицы, погружение в расплав трубки из кварцевого стекла, в которой размещена проволока из упрочняющего металлического материала, создание вакуума с другого торца трубки, всасывание расплава и его кристаллизацию внутри трубки. Спираль перед всасыванием расплава сжимают, а всасывание расплава осуществляют одновременно с удлинением спирали. Всасывание расплава расплавленного металлического материала матрицы ведут при температуре старения упрочняющего металлического материала. Обеспечивается упрочнение композиционного материала в тангенциальном направлении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к методам получения заготовок типа прутков из композиционных материалов литейными технологиями.
Из уровня техники известен способ упрочнения материалов за счет расположения снаружи заготовки из металла-матрицы упрочняющих волокон или проволоки, см. [1, с. 86] или описание к патенту [2]. Этот способ предполагает навивку волокон или проволоки из более прочного материала на поверхность детали или заготовки, изготовленной из менее прочного, но, например, более легкого металла. Тем самым увеличивают прочность конструкции в целом, а особенно прочностные свойства в тангенциальном направлении - т.е. в том направлении, куда направлены оси волокон или проволоки. Однако отмечаются и недостатки способа: упрочняющие волокна или проволока не защищены от коррозии. Поэтому целесообразно размещать волокна или проволоку внутри металла-матрицы.
Эта техническая задача решалась в описании к патенту Великобритании № GB 1201654 [3]. Упомянутым изобретением был предложен способ изготовления композиционного материала, предусматривающий введение в металл матрицы (алюминий, дюралюминий) упрочняющих волокон из нержавеющей стали. При этом метод заключался в навивке упрочняющей проволоки на барабан и распылении расплавленного алюминия на поверхность проволоки с заполнением пустот между витками. Недостатком способа является сложность приемов, поэтому для его осуществления авторами был предложен специальный агрегат.
Из уровня техники известен способ получения волокнистого композиционного материала с использованием в качестве армирующего материала проволоки по патенту Германии № DE 4300283 [4]. Способ включает ортогональное переплетение проволоки из упрочняющего материала с созданием армирующей конструкции в виде сетки и размещение в таком виде упрочняющего элемента в металле-матрице. Недостатком способа является трудоемкость операции подготовки армирующего материала, что приводит к существенному удорожанию технологии и продукта.
Известен способ получения высокопрочного композиционного материала, приведенный в описании к патенту [5]. Способ предполагает перемешивание металлических материалов в состоянии двух фаз. Первая фаза представляет собой матрицу, предпочтительно из алюминия. Вторая фаза (5…60% по объему) имеет структуру, по крайней мере, частично мартенситную и она может иметь вид волокон или проволоки. Предполагается процесс совместного уплотнения этих фаз в диапазоне температур 400…700°C и при давлении 100…300 МПа. Здесь видно, что процесс представляет, по сути, твердофазную обработку материалов, что требует создание давлений с помощью специальных прессовых установок. Таким образом, недостатком процесса является необходимость использования дорогостоящего оборудования.
Известен также способ получения цилиндрической заготовки из армированного металлического композиционного материала, приведенный в описании к патенту США № US 4617979 [6]. Способ включает расплавление металлического материала матрицы, размещение в изложнице с цилиндрической внутренней поверхностью проволоки из упрочняющего металлического материала, заливку расплавленного металлического материала матрицы в изложницу и его кристаллизацию. Особенностью способа является придание проволоке из упрочняющего материала формы коротких волокон. Тем самым при расположении волокон в металле матрицы достигается равновероятная ориентация волокон, что приводит к достижению изотропного состояния композиционного материала. Однако во многих случаях применения композиционных материалов требуется получить повышенные значения прочности в определенном направлении, т.е. требуется получить анизотропное состояние вещества. Поэтому недостатком прототипа является невозможность получения повышенных свойств готового продукта в заданном направлении.
В качестве прототипа выбран способ литья заготовок, включающий получение расплавленного металлического материала матрицы, погружение в этот материал одного из торцов трубки из кварцевого стекла, создание вакуума с другого торца трубки, всасывание расплава и его кристаллизацию внутри трубки. Способ предложен в описании к патенту Украины № UA 67073 [7]. Недостатком способа по прототипу является невозможность получения композиционного материала, поскольку он не предусматривает введения в расплав упрочняющего элемента.
Заявляемым способом преследуется цель достижения такого технического результата, заключающегося в достижении упрочнения композиционного материала в тангенциальном направлении.
Предлагаемый способ литья заготовок включает получение расплавленного металлического материала матрицы, погружение в этот материал одного из торцов трубки из кварцевого стекла, создание вакуума с другого торца трубки, всасывание расплава и его кристаллизацию внутри трубки. В отличие от прототипа перед погружением в расплав трубки в ее полости размещают проволоку из упрочняющего металлического материала, выполненную в виде спирали. Ось проволоки, свернутой в спираль, направлена в тангенциальном направлении, поэтому достигается упрочнение материала именно по тангенциальной оси координат.
Спираль перед всасыванием сжимают, а всасывание расплава осуществляют одновременно с удлинением спирали. Такой прием позволяет снизить сопротивление потока металлического расплавленного материала при заполнении полости кварцевой трубки, поскольку вектор скорости перемещения витков спирали совпадает с вектором скорости перетекания расплава.
Всасывание расплава расплавленного металлического материала матрицы ведут при температуре старения упрочняющего металлического материала. Это позволяет повысить прочность упрочняющего материала на стадии заливки и не проводить старение как отдельную технологическую операцию. Свойством упрочнения при старении за счет распада пересыщенных твердых растворов обладает большой ряд конструкционных материалов, среди которых аустенитные метастабильные стали, железохромоникелевые мартенситностареющие стали, бериллиевая бронза и др. Предварительно такие упрочняющие материалы подвергают закалке для фиксации пересыщенного раствора.
На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа перед всасыванием расплавленного металлического материала матрицы, а на фиг. 2 - после всасывания.
Способ осуществляется следующим образом.
Пример 1. По предлагаемому способу в тигле 1 получают расплавленный металлический материал матрицы 2 (фиг. 1), погружают в этот материал нижний торец трубки 3, выполненной из кварцевого стекла. С противоположного торца трубки создают вакуум перемещением поршня 4 вверх. Тем самым происходит всасывание расплава в трубку 3 и его кристаллизация. Перед погружением в расплав трубки в ее полости размещают проволоку из упрочняющего металлического материала, выполненную в виде спирали 5. Спираль 5 перед всасыванием сжимают за счет перемещения поршня 4, это положение зафиксировано на фиг. 1.
При перемещении поршня вверх всасывание расплава осуществляется одновременно с удлинением спирали, что отображено на фиг. 2. Здесь показано, что в тигле 1 уровень расплава 2 снизился за счет вытеснения его части в трубку 3. за счет перемещения поршня 4 спираль распрямилась.
Пример 2. Одно из наиболее часто используемых сочетаний металла-матрицы и упрочняющего материала - это алюминий (алюминиевый сплав) и нержавеющая сталь. Температура старения стали марки 03Х10Н8К13М5 лежит в интервале 500…700°C [7, с. 196]. Температура плавления алюминия равна 659°C, с учетом необходимого перегрева металла для повышения жидкотекучести температура литья составляет 700°C. Это позволяет обеспечить нагрев упрочняющего материала до необходимой температуры, при которой начинаются процессы выделения упрочняющих фаз. В результате удается повысить прочность упрочняющего материала на стадии литья и не проводить старение как отдельную технологическую операцию. Поэтому всасывание расплава расплавленного металлического материала матрицы ведут при температуре старения упрочняющего металлического материала.
Из уровня техники известно, что применение упрочняющих волокон и проволоки в композиционных материалах позволяет существенно повысить прочность детали. Так, прочность нетермоупрочняемого алюминиевого сплава АМг6 в обычном состоянии составляет 315 МПа [8], а того же сплава, армированного сталью 12Х18Н10Т при объемной доле волокон 30% и линейном их расположении, составляет 814 МПа [1, табл. 4.26], что в 2,6 раза выше. Испытания волокнистых композиционных материалов производят вдоль расположения волокон, поэтому такое увеличение прочности при линейном расположении волокон достигается вдоль их длины. В предлагаемом способе аналогичное упрочнение достигается вдоль периметра заготовки, т.е. в тангенциальном направлении.
Таким образом, по сравнению с прототипом технический результат заключается в получении композиционного материала и достижении его упрочнения в тангенциальном направлении.
Источники информации
1. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение. 1990. 512 с.
2. Патент WO 2012123686. Process for manufacturing a one-piece axisymmetric metallic part from composite fibrous structures. / GODON THIERRY [FR]; DAMBRINE BRUNO JACQUES GERARD и др. Заявители: они же, МПК B22F 3/15; C22C 47/04; C22C 47/06. Заявл. 15.03.2011. Опубл. 20.09.2012.
3. Патент Великобритании №. GB 1201654. Methods of producing composite materials / Forsyth Peter Joseph Edward; George Ronald Walter. Appl. Mini Of Technology London. МПК B23K 31/00; C22C 47/16. Заявл. 14.06.1967. Опубл. 12.08.1970.
4. Патент Германии № DE 4300283. Fibre composite with a mixed-wire fabric / Menne Rolf [De]; Essig Wilfried. Appl. Dynamit Nobel Ag, МПК B32B 15/14; C22C 47/20; C22C 49/00. Заявл. 08.01.1993. Опубл. 14.07.1994.
5. Патент США № US 6346132. High-strength, high-damping metal material and method of making the same / Huber Ulrike [De]; Rauh Rainer [De]; Arzt Eduard. Appl. Daimler Chrysler AG. МПК B22F 1/00; C22C 1/04; C22C 49/06; C22F 1/00. Заявл. 16.09.1998. Опубл. 12.02.2002.
6. Патент США № US 4617979. Method for manufacture of cast articles of fiber-reinforced aluminum composite / Suzuki Nobuyuki [Jp]; Tanaka Kenichi [Jp]; Yamanashi Masanao [JP] и др. Appl. Nikkei Kako Kk [Jp]; Nippon Light Metal Co [Jp]. МПК B22D 19/14, заявл. 15.07. 1985. Опубл. 21.10.1986.
7. Патент Украины № UA 67073. Method and device for manufacture of metal rods by vacuum suction (Cnociб виготовлення литих металевих пруткiв вакуумним усмоктуванням та пристрiй для його здiйснення). Kononenko А.A.; Kuratchenko А.В.; Lazorkin V.А. Заявка UA 20030076058 от 01.07.2003. МПК B22D 18/06. Опубл. 15.06.2004.
8. ГОСТ 18482-79. Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия.

Claims (3)

1. Способ получения литой цилиндрической заготовки, включающий получение расплавленного металлического материала матрицы, погружение в этот материал одного из торцов трубки из кварцевого стекла, создание вакуума с другого торца трубки, всасывание расплава и его кристаллизацию внутри трубки, отличающийся тем, что перед погружением в расплав трубки в ее полости размещают проволоку из упрочняющего металлического материала, выполненную в виде спирали.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спираль перед всасыванием сжимают, а всасывание расплавленного металлического материала матрицы осуществляют одновременно с удлинением спирали.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что всасывание расплавленного металлического материала матрицы ведут при температуре старения упрочняющего металлического материала.
RU2014117783/02A 2014-04-30 2014-04-30 Способ получения литой цилиндрической заготовки RU2572681C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117783/02A RU2572681C2 (ru) 2014-04-30 2014-04-30 Способ получения литой цилиндрической заготовки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117783/02A RU2572681C2 (ru) 2014-04-30 2014-04-30 Способ получения литой цилиндрической заготовки

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014117783A RU2014117783A (ru) 2015-11-10
RU2572681C2 true RU2572681C2 (ru) 2016-01-20

Family

ID=54536218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014117783/02A RU2572681C2 (ru) 2014-04-30 2014-04-30 Способ получения литой цилиндрической заготовки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572681C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801507C1 (ru) * 2022-08-09 2023-08-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Установка по изготовлению прутков для аргонодуговой наплавки

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2970350A (en) * 1957-06-01 1961-02-07 Fischer Ag Georg Method of and device for the evacuation of chill moulds
RU2151207C1 (ru) * 1995-06-26 2000-06-20 Даидо Токусуко Кабусики Кайся Способ взвешенной плавки и устройство для его осуществления (варианты)
UA67073A (en) * 2003-07-01 2004-06-15 Ukrainian State Scient Res I O Method and device for manufacture of metal rods by vacuum suction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2970350A (en) * 1957-06-01 1961-02-07 Fischer Ag Georg Method of and device for the evacuation of chill moulds
RU2151207C1 (ru) * 1995-06-26 2000-06-20 Даидо Токусуко Кабусики Кайся Способ взвешенной плавки и устройство для его осуществления (варианты)
UA67073A (en) * 2003-07-01 2004-06-15 Ukrainian State Scient Res I O Method and device for manufacture of metal rods by vacuum suction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801507C1 (ru) * 2022-08-09 2023-08-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Установка по изготовлению прутков для аргонодуговой наплавки

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014117783A (ru) 2015-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102602706B1 (ko) 구조 및 비-구조 준정형 주조용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법
EP2759359B1 (en) Quasi self-destructive core for investment casting
KR20180117203A (ko) 티타늄, 알루미늄, 바나듐, 및 철로 이루어진 bcc 재료, 및 이로 제조된 제품
US5337803A (en) Method of centrifugally casting reinforced composite articles
CN104384212B (zh) 一种金属与碳纤维复合线材制备方法
RU2572681C2 (ru) Способ получения литой цилиндрической заготовки
Rattanochaikul et al. Development of aluminum rheo-extrusion process using semi-solid slurry at low solid fraction
KR101659199B1 (ko) 마그네슘 합금 부재 및 그 제조 방법
JP2012087327A (ja) 高強度マグネシウム合金線材及びその製造方法、高強度マグネシウム合金部品、並びに高強度マグネシウム合金ばね
CN105710334B (zh) 一种非晶态合金构件成形方法
RU2542221C2 (ru) Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала
US5295528A (en) Centrifugal casting of reinforced articles
KR102096728B1 (ko) 자동차용 관형 스프링 및 관형 스프링 제조 방법
FI69580C (fi) Framstaellningsfoerfarande foer en roerkokill med rektangulaert respektive kvadratiskt tvaersnitt
Gjestland et al. Advancements in high pressure die casting of magnesium
KR101627067B1 (ko) 경도가 우수하며 정밀 사출이 가능한 합금 및 그 제조 방법
KR100725320B1 (ko) 금속복합재료의 제조방법
KR20120037378A (ko) 티타늄으로 만든 신장된 제품의 제조 방법
CN110860776B (zh) 一种用于低熔点合金的焊接装置及焊接方法和应用
EP3274114B1 (en) A method of production of light-alloy castings, zone-reinforced with metal components in the form of inserts, especially in sand and permanent moulds
CN108453145B (zh) 一种镁锂合金波导管及其制作方法
KR101759653B1 (ko) 다공성 금속 구조체의 제조방법, 이에 의해 제조되는 다공성 금속 구조체
CN108543930B (zh) 一种提高非晶合金室温压缩塑性的方法
US9192985B2 (en) Removable passage mandrel
RU2807246C1 (ru) Композиционный материал

Legal Events

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

Effective date: 20160501