SU1109255A1 - Способ "МАХИД" дл получени слитков из композитных материалов - Google Patents

Abstract

Снособ дл  по;гучени  слитков из композитных материалов, включающий нагрев до температуры выше критической несмешивающихс  между собой компонентов, преимущественно металлов , выдержку расплава п.о однородного распредечени  компонентов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбу-.кдением в расплаве электромагнитных сил дл  создани  безразличного равновеси  компонентов, отличающ и и с   тем, что, с целью упрощени  реализации процесса и повышени  частоты слитков, возбуждение электромагнитных сил в расплаве осутцествл ют наложением бегущего магнитного пол , вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорени  свободного падени , а плотность электромагнитных сил в расплаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определ ют по формуле J(B,a))% М л /ч, . /А. 2(,ЧГ, где f (В,1Е) ) - плотность электромагО (9 нитных сил в расплаве, В, (и) магнитна  индукци  и углова  частота бегущего магнитного пол ; Ч«удельные проводимости компонентов расплава, fo, f. 9 плотности компонентов расплава; величина ускорени  свободного падени , причем при f (В,Се)) О векуор ско- . рости бегущего магнитного пол  совпадает по направлению с вектором ГО ускорени  свободного падени , а при сл f (B,cjji) - О указанные векторы направлены в противоположные стороны.

Description

Изобретение относитс  к металл фгии , и более точно касаетс  способо получени  СЛИТКОВ из композитных , материалов, в частности из несмепмвающихс  между собой металлов, из гравитационно расслаивающихс  компонентов , например слитков из сллавов aлю raний-cвинeц, цинк-свинец и р да других, перспективных дл  полу чени  антифрикционных материалов, используемых дл  подшипников скольжени  в автомобильной, тракторной и других отрасл х промьшленности. Такие материалы наход т широкое применение в разных отрасл х промыш ленности; в электротехнике, реактив ной авиации, строительстве, при получении антифрикционных сплавов и т.п. Известен способ получени  композитного материала алюминий-свинец с содержанием свинца 3-26%, согласно которому указанную смесь перегреваю выше критической температуры дл  предотвращени  расслаивани  компонентов на два сло . Дл  предотвраще ни  испарени  свинца из смеси процесс ведут под слоем солевого флюса Поспученна  смесь при помощи сифона извлекаетс  на охлаждаемую разливоч ную машину, дроб щую смесь на капли дл  закалки сплава в виде мелких гр ьул, которые затем прокатывают в листы С1}. Однако данньв способ не может обеспечить получение однородног.о по структуре слитка без промежуточной операции - получени  гранул. Известен способ получени  комтозитных материалов из несмешиваюпщхс между собой компонентов на космичес ких корабл х и орбитальных станда х согласно которому смешиваемые КОМГЕО ненты перегревают до температуры выше критической и далее подвергают охлаждению в услови х невесомости t2; Однако получение композитных материалов в космосе экономически пока еще не оправдано, тем более получить требуемое количество сплава невозмож но. 1аибалее близким техническим решением к предложенному  вл етс  способ получени  слитков из композицитньс1 материалов, включаюш 1Й нагрев до температуры вьш1е критической несмещивающихс  между собой материалоп , въщержку расплава до однородно55I го раствора и последующее его охлаждение до полной кристаллизации в iэлектромагнитном поле, возбуждающем в металлическом расплаве силы, привод щие к обезвеишванию компонентов друг относительно друга 3. Обезвешивание компонентов обеспечиваетс  тем что на расплав воздействуют скрещенными магнитньЕМ и электрическим ПОЛЯМИ, из которых последнее возбут - дают путем подачи напр жени  на электроды , опущенные в расплав. Лпотность электрического тока в расплав при этом рассчитываетс  по формуле (,)l(if , п,., 8, - индукци  посто нного . магнитного пол ; ( соответственно удельные веса и удельные проводимости компонентов расплава. Известный способ обеспечивает получение мелкодисперсного по структуре сплава из несмещиваюш 1хс  между собой металлов, однако необходимость контактного подвода электрического тока к расплаву вызывает р д трудностей при его практической реализации. При контактном подводе э,лектричес1 ого тока к расплаву имеет место нестойкость электродов в агрессивной сред€, привод ща  к загр знению получаемого слитка, а также к неравномерности .контакта. Кроме того, при контактном подводе тока имеет место большое контактное сопротивп:ение между поверхностью электродов и расплавов, привод щее к неоправданно болыиим энергетическим затратам. Возможно также нарущен:ие контакта между слитком и по: (;е;рхностью электрода из-за усадки слитка во врем  затвердевани  расплава , что снижает надежность изнестного способа. Целью изобретени   вл етс  упрощение реализацк(и процесса, повьш1ение его надежности и повышение чистоты пол ченных слитков. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу, включающему нагрев до температуры критической несмешивающихс  между собой компонентов, преимущественно металлов, вьщержку расплава до однородного распределени  компонентов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбуждением в расплаве электро магнитных сил дл  создани  безразличного равновеси  компонентов, воз буждение электромагнитных сил в расплаве осуществл ют наложением бе гущего магнитного пол , вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорени  свободного падени , а плотность электромагнитных сил в ра штаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определ ют по формуле . :f(,,, 2e,vS, где f(B,u3 ) плотность электромагнитных сил в расплаве В и (fl) магнитна  индукци  и углова  частота бегущего магнитного поп  0,% удельные плотности компонентов расплава ,PI - плотности компонентов расплава; величина ускорени  св бодного падени , причем при (В,Сй) О вектор скоро ти бегущего магнитного пол  совпада ет по направлению с вектором ускорени  свободного падени , а при f(B,(su) . О указанные векторы направлены в противоположные стороны Сущность предложенного способа состоит в следующей последовательности операций. Готов т смесь компонентов, пере гревают ее до температуры выше кри тической до образовани  однородного рас.твора, затем на расплав воздействуют бегущим магнитным полем, после чего охлаждают, не снима  воздействи  бегу1цего магнитного по л , до полной кристаллизации распл ва. При DTOM величину индукции бегу щего магнитного пол  и его частоту выбирают такими, чтобы суммарна  плотность объемных сил (силы веса и электромагнитной силы f- ((и) , В,&х), направленных коллинеарно силе т жести были по возмож ности равны в каждом из компоненто Здесь i 0,1 - индексы компоненто Среднюю плотность электромагнит ных сил в расплаве выбирают с учетом плотности и удельной проводимо и смешиваемых кo moнeнтoв в диапазоне температур от критической до . емпературы кристаллизации и опреде ют ее по следующей эавис мости (Ь,со - А- iSl-i-fJl де обозначени  те же, что и выше. При выполнении указанных соотноений вьтадающие из раствора частицы исперсного компонента не будут оседать или всплывать в матричном металле из-за различи  в их удельных весах, как это имеет место обычЯо в поле сил т жести. В данном случае на каждый из них действует дополнительна  объемна  электромагнитна  сила такой величины, что ка ущиес удельные веса каждого KONmo-. нента.станов тс  равными друг другу (. Jfo t-i - Jj, 1-14 J и расслоени  компонентов не происходит, так как они наход тс  в безразличном равновесии по отношению друг к другу. Указанна  последовательность операций обеспечивает равномерное распределение металла дисперсной фазы в металле - матрице и исключает расслаивание компонентов под действием силы т жести при температурах, меньших критической. Предлагаемый способ слитков из композитных материалов не требует контактного подво7,а электрического тока к расплаву, поскольку электрог магнитные силы в расплаве возбуждаютс  бесконтактно, под воздействием бегущего магнитного пол . ФизичесКАЙ механизм возбуждени  электромагнитных сил в расплаве под действием бегущего магнитного пол  заключаетс  в его взаимодействии с индyцIipoвaнными в расплаве этим же магнитным полем электрическими токами. В результате отпадают все перечисленные выше недостатки ,присущие известному способу ,осноЕан ому на контактном подводе электрического тока к расплаву. В то же врем  слитки из кo moзитных материалов, полученные предлагаемым индукционным способом, основанном на использовании бегущего магнитного пол , характеризуютс  мелкодисперсной структурой и высоким качеством - не худш1м, чем качество слитков, полученных известным контактным способом. Бесконтактный способ  вл етс  единственной возможностью получени  слитков из материалов с повышенной

агресснвностъЮ; в также мгт-ери ,г(ог; к которым предь р : г1v  въгсскке трйбовашг  по чигтоте составе...

На чертеже предоставлена -эксггери 1ентальаа  устйНОБкЗ; работающа  по пред.пагаемому способу, продо-пь-ный разрез.

У тэновка содержит графитовь:й 1Чггель ; „ цилиндрический индуктор 2 бе.Гущего магнитного пол  с обмоткой 3 вс)збут{ут,енй  5 внутренний ipeppof .iarнит-ный сердечник 4, расплав 5 комионентов,

П р и мер, В эксперименте используетс  расл.пав из двух несмеигивающиксй между собой металлов алюмини  и CBHh4uij содержащий |5 вес,% свинца. Выбор указанных комноьектов произведен с учетом раз .} :ичт-   их механи-Ебских и физических свойств 3 поэво.п ювтнх относительно прос:то вы вить гшкоо- и макрэструктуру получаемого с.лктка.

Плавление и гомогенизаци  расплава проводитс  в тигле нтщукнион-но .й лечи, причелМ предварнте.дьно расплав перегреваетс  до тем-ператур вьипе критической и вьщерживаетс  в 3vc-i состо нии .приблизительно 5-UJ ,.:мм пос.:;::: чего выливаетс  в ти:: .-nL , (рмсталлкзал.и  распила за ои;з вс,:(1- ГСП в iцилиндрическом графИгс ,:1Л-/ т.игле 1 с внутренним диамет;: ом D /; мм, имеющим внутренний ен/ ;:И;к1.1: рованньгй ферромагнитный сарца-::-1И1с 3 с внеиигим диаметр(м d

цилиг;дринеского И11дуктора 2 бегулте-ГС: магнитн-ого по.п  „ Вектор скорости бегущего магнитного пол  совпадает г;о направлению с нер;тором силы т жести , .Ц липдрический индуктор бегущвго магнитного пол  2 питаетс  трекфагги1з1 .ч током нромьшшенной частоть

- 5 .10 А/м,.

iTi;.i:.vpp использо.вани  расчетной форгту.пы; динейтга  токова.  наттузка цил1;ндрк1сского индуктора рассчитываетс  Б соответствии с формулой

об ее нечиваютей ука занное б е.зра з.г -гч ное равновесие компонентов, .Дл  ис-по .пь эованного в эксперименте г.л.таьа

(S, 3,9.10 ОмЪС/Й .fc

|о,:- 9,97 Ю кг/м соответственно расчетное значение плотности ;з:теЕ :тромагнитной силы равно f (B./u) ) - О, 104ИО н/мз .

Расчет линейной токовой на рузки цилиндрического индуктора с внутренним сердечником проводитс  да.ггзе со известным фор.мулам. При этом :1-гл  тока частоты $ - 50 Гц получено значение А 5 10 А/м. Полученное теоретическое значение линейной токовой нагрузки проверено опытным путем. Дл  зтсго измерено значение сил:,:,. цейс;твую1дей Fia твердь;й свинцо:1ЫЙ циJПiH.гф в бегущем магнитном нол тгого же 1-и-1,дуктора (зыбсф з.атериала дилиндра5 и.1итиру1ощего рабочий раснла , св зан с соннадением проводимоет ей жи.дкого пр,- Т Yy со свинцом при нормальной телглератУре ) , Пол;.1енное при этом опытное 31- е TiH е пл от н ос ти э ..ч е к т о ма г НТ-Е т н о и 1{лы при .пинейной токовой нагрузке индуктора А : Ю А/м плотностью совпадает с ее теорет.ическим значением f(B., ivj) 0 104-10 н./м. Данные ;значени  линейной токовой нагрузки инду:сторз. испо.ьзовалось п онр{сываемом примере получени  комноз.итного .;атег)иал А1-Р1 , Процесс кристалхизаДии гсз1; еств.п етс  2- 3 мин с KJMCHTa за. гомогени :; грова1 ного расп.чава ч кристаллизатор.

С.Й в /э-Но.м растворе азотной кислоты увеличение UOOX), свидетспьствует об однородности сплава и эффективности Г.анчого метода слиткон.

Микроструктура с таким же. процентным содержанием свинца, полученного при Крис галлиза1/-:и в скрекгчных посто нНэК олeKT)tr4ecKOii v. .-магнитном пол х при контактном подиоде э.1 ек1ричесхого тока v. раоитаву, лсазьгааог.. чтс5 качество с:гитка, пслученксго .предлат аемым бесконтактим1 . ieтoдc.м с помощью 6eryii(ero магнитного пол  не хуже, чем слитка, п;шучепного мето.гюм ь соответствии с известнь;м способом.

В то лче. врем  реализаци  процесса .лучьци  композитного сгмта а по предатагаемому сггособу проше. поскольку отсутствие контактных токоиодкодов к расплаву существенно упрощает решение целого р да техно.погргческих пpoбJ.(eм„   чаг;тнос Ч1 отпадает нс;обходимость в обеспечеиик герметичное ти узла ввода электродов в металл, в прин тий мер, ликвидирующих разъедание и расплавление электродов, в применении сложных компенсаторов, обеспечивающих посто нный контакт электродов с расплавом при его затвердевании и т.п.

МАХИД - это словесный товарный знак, зарегистрированный на им  института физики АН Латвийской ССР,

Композиционные материалы, полученные предлагаемым способом, превосход т существующие антифрикционные сплавы на основе алюмини  и олова по механическим и фрикционным характеристикам и одновременно значительно дешевле и менее дефицитны. Однако использование их в народном хоз йстве сдерживаетс  отсутствием надежных и дешевых технологий, обеспечивающих требуемое распределение

мелкодисперсньсх частиц свинца в алюминии . Способ позвол ет реализовать простую технологию получени  таких зтериалов с надежным обеспечением требуемого качества структуры слитков .

Указанный способ может быть легк реализован по известным схемам установок непрерывной разливки металлов что обеспечивает его высокую производительность , не уступающую примен ющейс  сегодн  на сплавах систему алюминий-олово.

При этом замена существующих антифрикционных сплавов марок АО на апюминиево-свинцовистые дает эконокшческий эффект, превьшающий 5 млн. руб., и приводит к резкому снижению потреблени  остродефицитного олова, улучшению качества подшипникоз скольжени  и увеличению , срока службы автотракторных двигателей .

Claims (1)

1. Способ для получения слитков из композитных материалов, включающий нагрев до температуры выше критической несмешивающихся между собой компонентов, преимущественно металлов, выдержку расплава до однородного распределения компонентов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбуждением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равновесия компонентов, отличающ и й с я тем, что, с целью упроще ния реализации процесса и повышения частоты слитков, возбуждение электро магнитных сил в расплаве осуществляют наложением бегущего магнитного поля, вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорения свободного падения, а плотность электромагнитных сил в расплаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определяют по формуле где f(B,&

   В, го А

   А б причем при

   - плотность электромагнитных сил в расплаве¹,

   - магнитная индукция и угловая частота бегуще- го магнитного поля;

   - удельные проводимости компонентов расплава,*

   - плотности компонентов расплава;

   - величина ускорения свободного падения', f (В,Сс5 ) > 0 век,тор ско- .

   рости бегущего магнитного поля со впадает по направлению с вектором ускорения свободного падения, а при f (В,ой) < 0 указанные векторы направлены в противоположные стороны.