RU2590432C2 - Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок - Google Patents
Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590432C2 RU2590432C2 RU2014146234/02A RU2014146234A RU2590432C2 RU 2590432 C2 RU2590432 C2 RU 2590432C2 RU 2014146234/02 A RU2014146234/02 A RU 2014146234/02A RU 2014146234 A RU2014146234 A RU 2014146234A RU 2590432 C2 RU2590432 C2 RU 2590432C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- cooled
- suspension
- sleeve
- melt
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии. Устройство содержит металлоприемник 6, в дне которого выполнены отверстия, тонкостенный контейнер 1, втулку 3 с закрепленными на ней наклонными спиралеобразными желобами 2. Втулка размещена в контейнере, жестко связана с металлоприемником и выполнена с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения. В металлоприемник 6 подают мерную порцию расплава, перегретого над температурой ликвидуса. Одновременно с подачей расплава через полость втулки 3 пропускают жидкую или газообразную среду, которая обеспечивает поддержание равномерной температуры по сечению заготовки в процессе остывания. Через отверстия 7 в дне металлоприемника расплав в виде струй поступает на рабочие поверхности водоохлаждаемых желобов 2, которые обеспечивают сдвиговое течение расплава по ним и заполнение тонкостенного контейнера 1. Желоба извлекают из контейнера и при этом создают перемешивание потоков суспензии в однородном температурном поле. После извлечения желобов контейнер закрывают теплоизолирующей крышкой, охлаждают суспензию в контейнере с формированием тиксозаготовки. Обеспечивается возможность изготовления тиксозаготовок с мелкозернистой недендритной микроструктурой массой до 30-40 кг из алюминиевых сплавов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургического машиностроения и может быть использовано в производстве тиксоформованием деталей ответственного назначения.
При изготовлении деталей ответственного назначения методом тиксоформования (тиксоформинга) для проведения процесса, основанного на особом поведении сплавов с недендритной микроструктурой в твердожидком состоянии в условиях сдвиговой деформации, позволяющей осуществить процесс сложного формообразования за один переход, используют специально подготовленные и нагретые до свойственной каждому сплаву температуры заготовки, в которых предварительно создается микроструктура, состоящая из глобулярных твердых частиц, взвешенных в жидкой фазе (матрице), что приводит к высокой пластичности и релаксации напряжений в твердожидкой заготовке в процессе формообразования («эффект тиксотропии»), принципиально изменяющих условия течения металла в штампе. Производство заготовок для тиксоформования - это процесс получения порционной суспензированной металлической заготовки с заданной морфологией и долей твердой α-фазы путем незавершенного фазового перехода. Установлено, что для этого необходимо ступенчатое управление ростом числа и размеров кристаллов при формировании кристаллического строения литой заготовки. Должны быть разделены два противоречивых, но жестко связанных в традиционном литье процесса: зародышеобразование кристаллов и их рост. Способы получения тиксозаготовок строятся на инициировании фазового превращения с максимально большим числом активных зародышей кристаллов в условиях повышенного переохлаждения расплавов. Используется прием «мультипликации», т.е. разделение на части зародившихся дендритных кристаллов и управление скоростью роста фрагментов дендритов при приближении их к глобулярной морфологии в условиях уменьшенного переохлаждения.
Структурные перестройки в расплаве отстают от изменений температуры, поэтому определяющее значение имеет кинетический фактор: время выдержки, скорость охлаждения.
Известны способ и устройство для приготовления суспензии алюминиевого сплава, применяемые в процессе реолитья (Б.И. Семенов, К.М. Куштаров «Производство изделий из металла в твердожидком состоянии», Новые промышленные технологии, МГТУ им. Н.Э. Баумана, с. 135-139). В порцию жидкого металла, помещенную в графитовый тигель, погружается и приводится во вращение графитовый охлаждаемый изнутри воздухом стержень, что стимулирует образование первичной твердой фазы с тонкой глобулярной структурой. После извлечения стержня суспензия регулируемо охлаждается с увеличением доли твердой фазы и размера зерна. Недостатком является пригодность для производства суспензий с пониженной долей твердой фазы (15-20%), кроме того, процесс применим для заготовок массой до 10 кг алюминиевого сплава.
Близким аналогом является способ и устройство получения мерных заготовок с высокой долей кристаллов α-фазы (Б.И. Семенов, К.М. Куштаров «Производство изделий из металла в твердожидком состоянии», Новые промышленные технологии, МГТУ им. Н.Э. Баумана, с. 143-149). Устройство содержит водоохлаждаемый желоб, по которому скатывающийся с него расплав поступает в тонкостенную титановую гильзу. В начале процесса разливки на желобе намораживается тонкая корочка расплава, которая частично размывается последующими порциями расплава, что приводит к образованию большого количества активных зародышей α-фазы. Для организации объемного затвердевания в условиях возможно более медленного теплоотвода в процессе дальнейшей кристаллизации используется тонкостенная гильза, теплоизолируемая с торцов. В данном устройстве не предусмотрена возможность регулирования теплоотвода в процессе заполнения гильзы. Устройства подобного типа используются для получения заготовок из алюминиевых сплавов массой до 10- 12 кг.
Известно использование стенки контейнера, имеющего теплопроводность по крайней мере 1 ккал/(м·ч·°C), в качестве наклонного желоба при изготовлении металлической суспензии в контейнере по методу «нового реолитья» (патент ЕР 0841406 A1; Б.И. Семенов, К.М. Куштаров «Производство изделий из металла в твердожидком состоянии», Новые промышленные технологии, МГТУ им. Н.Э. Баумана, с. 153-155). Метод используется для литья фасонных заготовок массой в несколько кг.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ изготовления твердожидкой суспензии (патент ЕР 0931607 A1), когда порция металла превращается в суспензию из жидкого состояния путем придания этому металлу сдвигового течения на водоохлаждаемом желобе, где по крайней мере часть расплавленного металла охлаждается до температуры более низкой, чем ликвидус сплава с последующим замедленным охлаждением расплавленного металла в контейнере, пригодном для приготовления суспензии и предназначенном для превращения порции расплавленного металла в металлическую суспензию, содержащую сферические (недендритные) частицы мелких первичных кристаллов α-фазы, формирующем геометрическую форму заготовки. Однако использование одного водоохлаждаемого желоба затрудняет применение устройства для получения тиксозаготовок массой до 30-40 кг.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение технологических возможностей процесса и оснастки для изготовления тиксозаготовок с мелкозернистой недендритной микроструктурой массой до 30-40 кг из перегретого над ликвидусом жидкого алюминиевого сплава при наличии сдвигового течения металла влиянием на процессы зарождения и роста кристаллов за счет организации течения металла по системе наклонных спиралеобразных охлаждаемых желобов, уменьшающей время заполнения контейнера, регулирования теплоотвода через стенку желобов, втулки, на которой они закреплены и контейнера, а также дополнительного механического перемешивающего воздействия на весь объем формируемой суспензии после завершения заполнения контейнера с помощью перемещаемой (извлекаемой из контейнера) системы охлаждаемых желобов.
Для выполнения этой задачи процесс включает приготовление из жидкого сплава суспензии со сферическими частицами кристаллов первичной фазы путем разделения поступающего из металлоприемника жидкого сплава при температуре выше ликвидуса на струи, подачи струй на размещенные в тонкостенном контейнере водоохлаждаемые наклонные спиралеобразные желоба с созданием сдвигового течения по ним и заполнения тонкостенного контейнера, и перемешивания потоков суспензии в однородном температурном поле путем извлечения желобов из контейнера, теплоизоляцию контейнера, охлаждение суспензии в контейнере с формированием тиксозаготовки.
Устройство для изготовления тиксозаготовок в соответствии с описанным выше способом предусмотривает наличие металлоприемника, в дне которого выполнены отверстия, обеспечивающие разделение жидкого сплава на струи, тонкостенного контейнера, втулки с закрепленными на ней наклонными спиралеобразными желобами, размещенной в контейнере и жестко связанной с металлоприемником, системы подвода и отвода жидкой или газообразной среды во втулку и к желобам, при этом втулка выполнена с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид устройства;
на фиг. 2 изображен разрез, показывающий размещение желобов на втулке.
Устройство для изготовления тиксозаготовок содержит тонкостенный контейнер 1 и желоба 2, закрепленные на втулке 3. Теплорегулирование желобов осуществляется протоком воды по трубкам 4, приваренным к нижним поверхностям желобов. Система подвода и отвода воды на чертежах не показана. Посредством штуцеров 5 в полость втулки 3 подается и отводится жидкая или газообразная среда, регулирующая теплоотвод. Втулка 3 жестко связана с металлоприемником 6, в который подается мерная порция расплава. Струи расплава через отверстия 7 в дне металлоприемника 6 поступают на рабочие поверхности желобов 2.
Способ изготовления тиксозаготовок осуществляется следующим образом.
Тонкостенный контейнер 1 устанавливается на теплоизолирующую подставку, например, из пористой керамики. В металлоприемник 6 подается мерная порция расплава в абсолютно жидком, перегретом над ликвидусом, состоянии, который через отверстия 7 в дне металлоприемника разделенным на несколько струй поступает на рабочие поверхности желобов 2. Образующийся в начальный момент разливки гарнисаж затем последующими горячими порциями расплава размывается с образованием большого числа активных зародышей α-фазы, которые в процессе сдвигового течения по желобу приобретают сферическую (недендритную) форму. Расплав заполняет тонкостенный контейнер 1. Одновременно с поступлением расплава через полость втулки 3 пропускается жидкая или газообразная среда, которая обеспечивает терморегулирование внутри расплава для поддержания равномерности температуры по сечению заготовки в процессе остывания. Необходимость терморегулирования вызвана возможным проявлением эффекта переохлаждения. Эффект характеризуется повторным повышением температуры расплава при охлаждении большого количества зародышей ниже ликвидуса за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации. Температура жидкой или газообразной среды определяется экспериментально в процессе наладки в зависимости, в том числе, от химсостава материала. Конфигурация желобов обеспечивает перемешивающее течение потоков при их слиянии в контейнере, снижающее возможность дендритообразования. Эффект дополнительной локальной механической перемешивающей обработки, создаваемый путем извлечения системы наклонных желобов из контейнера, формирует сдвиговое течение смеси в однородном температурном поле. После извлечения втулки 3 из контейнера 1 последний накрывается теплоизолирующей крышкой. Создаются условия однородного бокового отвода тепла.
Затем для того, чтобы за счет охлаждения суспензии в контейнере сформировать тиксозаготовку требуемой конфигурации до завершения фазового перехода, заготовку в оснастке (контейнере) подвергают закалке в воду.
Использование способа и устройства для изготовления тиксозаготовок позволяет получать заготовки с гарантированными свойствами для формования крупногабаритных деталей ответственного назначения.
Claims (2)
1. Способ изготовления тиксозаготовок, включающий превращение заданного количества металла из незначительно перегретого над ликвидусом состояния в суспензию содержащую недендритные (сферические) частицы мелких первичных кристаллов α-фазы, путем придания этому металлу сдвигового течения на водоохлаждаемом желобе, где по крайней мере часть расплавленного металла быстро охлаждается до температуры более низкой, чем ликвидус сплава с последующим медленным охлаждением расплавленного металла до заданной температуры в контейнере, с приданием суспензии заданной геометрической формы, отличающийся тем, что процесс включает, по крайней мере, первую стадию, предназначенную для того, чтобы подразделить в продольном направлении упомянутый слабо перегретый жидкий сплав на множество независимых струй потока, у каждой из которых есть предопределенный секундный расход, для того, чтобы организовать течение смеси на охлаждаемом наклонном желобе между секцией входа и цилиндрической стенкой контейнера на выходе с наклонного желоба, вторую стадию, предназначенную для того, чтобы создать сдвиговое течение смеси на наклонном желобе заданной конфигурации между секцией входа и цилиндрической стенкой контейнера на выходе с наклонного желоба, третью стадию, предназначенную для того, чтобы создать перемешивающее течение упомянутых потоков вдоль таких траекторий, которые позволят получить в каждом из упомянутых потоков каждой части суспензии слияние частей всех потоков немедленно после поступления последней порции жидкого сплава на охлаждаемый желоб, четвертую стадию, предназначенную для того, чтобы путем извлечения системы наклонных желобов из контейнера
сформировать сдвиговое течение смеси в однородном температурном поле, определяющем заданное соотношение долей твердой и жидкой фаз суспензии, пятую стадию, предназначенную для того, чтобы за счет быстрого охлаждения суспензии в контейнере сформировать тиксозаготовку требуемой конфигурации.
сформировать сдвиговое течение смеси в однородном температурном поле, определяющем заданное соотношение долей твердой и жидкой фаз суспензии, пятую стадию, предназначенную для того, чтобы за счет быстрого охлаждения суспензии в контейнере сформировать тиксозаготовку требуемой конфигурации.
2. Устройство для изготовления тиксозаготовок, включающее тонкостенный контейнер и водоохлаждаемые желоба, отличающееся тем, что оно снабжено размещенной в контейнере втулкой с охлаждаемыми пластинами, образующими систему наклоненных под заданным углом спиралеобразных желобов, при этом втулка выполнена с возможностью подвода во втулку и желоба жидкой или газообразной среды с заданной регулируемой температурой, а также возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения системы охлаждаемых желобов на заданную величину.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146234/02A RU2590432C2 (ru) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146234/02A RU2590432C2 (ru) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014146234A RU2014146234A (ru) | 2016-06-10 |
RU2590432C2 true RU2590432C2 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56114836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146234/02A RU2590432C2 (ru) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590432C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU419309A1 (ru) * | 1972-07-14 | 1974-03-15 | Донецкий научно исследовательский институт черной металлургии | СПОСОБ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВВ П 1" G(^ПЧП 0'-'i'^i'!iC ФииД ^siSii^ |
SU732073A1 (ru) * | 1978-06-20 | 1980-05-05 | Предприятие П/Я Р-6668 | Устройство дл получени и дозированной выдачи частично затвердевших расплавов |
EP0841406A1 (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-13 | Ube Industries, Ltd. | Method of shaping semisolid metals |
EP0931607A1 (en) * | 1997-12-20 | 1999-07-28 | Ahresty Corporation | Method of producing semi-solid metal slurries |
EP1331279A2 (en) * | 1995-05-29 | 2003-07-30 | Ube Industries, Ltd. | Method and apparatus for shaping semisolid metals |
-
2014
- 2014-11-18 RU RU2014146234/02A patent/RU2590432C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU419309A1 (ru) * | 1972-07-14 | 1974-03-15 | Донецкий научно исследовательский институт черной металлургии | СПОСОБ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВВ П 1" G(^ПЧП 0'-'i'^i'!iC ФииД ^siSii^ |
SU732073A1 (ru) * | 1978-06-20 | 1980-05-05 | Предприятие П/Я Р-6668 | Устройство дл получени и дозированной выдачи частично затвердевших расплавов |
EP1331279A2 (en) * | 1995-05-29 | 2003-07-30 | Ube Industries, Ltd. | Method and apparatus for shaping semisolid metals |
EP0841406A1 (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-13 | Ube Industries, Ltd. | Method of shaping semisolid metals |
EP0931607A1 (en) * | 1997-12-20 | 1999-07-28 | Ahresty Corporation | Method of producing semi-solid metal slurries |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014146234A (ru) | 2016-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4434839A (en) | Process for producing metallic slurries | |
Dong et al. | Liquidus semi-continuous casting, reheating and thixoforming of a wrought aluminum alloy 7075 | |
CN100566890C (zh) | 一种半固态合金浆料的制备和流变成型的设备 | |
Zhu et al. | Preparation of semi-solid 7075 aluminum alloy slurry by serpentine pouring channel | |
US7513962B2 (en) | Alloy substantially free of dendrites and method of forming the same | |
BAI et al. | Annulus electromagnetic stirring for preparing semisolid A357 aluminum alloy slurry | |
CN102358922B (zh) | 一种轻合金半固态浆料制备装置 | |
CN206356542U (zh) | 一种制备半固态合金浆料的装置 | |
CN105274412B (zh) | Mg‑Zn‑Y定向凝固合金及其制备方法 | |
Gencalp et al. | Effects of Low-Frequency Mechanical Vibration and Casting Temperatures on Microstructure of Semisolid AlSi 8 Cu 3 Fe Alloy | |
CN100574939C (zh) | 一种半固态合金浆料的制备与成型装置 | |
RU2590432C2 (ru) | Способ и устройство для изготовления тиксозаготовок | |
CN101130207A (zh) | 一种半固态金属浆料的制备和流变成型的设备 | |
Zhou et al. | Forced convection rheomoulding process for semisolid slurry preparation and microstructure evolution of 7075 aluminum alloy | |
CN102294442A (zh) | 一种制备细晶粒变形铝合金半固态浆料的方法 | |
Benjunior et al. | Direct thermal method pouring temperature and holding time effect on aluminium alloy 6061 microstructure | |
CN103341596A (zh) | 一种分流汇合浇道制备半固态浆料和流变成形设备 | |
Chen et al. | Preparation of semi-solid aluminum alloy slurry poured through a water-cooled serpentine channel | |
CN103639374B (zh) | 一种制备半固态金属的振动倒锥形通道方法及装置 | |
Bo et al. | Commercial AM60 alloy for semisolid processing: Effects of continuous rheoconversion process on microstructure | |
CN104625026B (zh) | 一种a356.2 铝合金铸造方法 | |
CN101347833A (zh) | 一种制备半固态金属浆料的正弦波形装置 | |
US20020179280A1 (en) | Diecasting method and device for carrying out the same | |
Władysiak et al. | Structure of AlSi20 alloy in heat treated die casting | |
CN203184608U (zh) | 一种连续制备金属半固态坯料的装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HC9A | Changing information about author(s) | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161119 |