UA153619U - Спосіб обробки металевого розплаву сплаву на основі алюмінію - Google Patents

Abstract

Спосіб обробки металевого розплаву сплаву на основі алюмінію включає виплавлення сплаву при температурі від 700 до 740 °C та пропускання через розплав імпульсного електричного струму протягом визначеного часу обробки, залежно від маси сплаву, термодинамічний стан якого характеризує густина внутрішньої енергії розплаву. Обробку здійснюють при пропусканні через розплав одночасно, як мінімум, двох різних типів струму (постійний, змінний, імпульсний) або одного типу струму з різними електричними характеристиками. Визначають час обробки розплаву, залежно від маси сплаву.

Description

Корисна модель належить до способів виробництва литих металовиробів із сплавів на основі алюмінію.

Для підвищення якості зливків з будь-яких сплавів (ливарних, деформівних) у процесах лиття застосовують різні технологічні операції у пічному агрегаті, проміжній ємності, литниковій системі або ж безпосередньо у формі |Алюминиевье сплавь (Свойства, обработка, применение)/ Пер. с немецкого под ред. Дрица М.Е., Райтбарга Л.Х. М.: Металлургия. 1979. 679 с.- 6. 279-288.

Методи обробки розплаву можна кваліфікувати як реагентні та енергетичні. Перші діють вибірково. Так, Ті та В сприяють здрібненню зерен а-АТ, Мп сприяє покращенню шкідливого впливу Ее на властивості сплаву Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевьіх сплавов.

Пер. с англ. М.: Металлургия. 1979. 640 с.|ї. Введення додаткових елементів у розплав строго дозується. Енергетичні методи (електромагнітне перемішування, ультразвукова обробка, магнітогідродинамічний вплив, тощо) діють інтегрально, забезпечуючи комплекс позитивних ознак структури та властивостей литого металу. Але енергетичний вплив на розплав також потрібно дозувати |Воздействиєе мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов/

Абрамов О.В., Добаткин В.И., Казанцев В.Ф. и др. М.: Наука. 1986. 275 с.; Балакин Ю.А.,

Гладков М.И. ОО взаймосвязи расхода знергии внешнего воздействия и структурь затвердевающего металла // Металль. 2001. Ме3. С. 20-25).

Відомо енергетичний метод пропускання через розплав електричного струму, цей спосіб включає обробку розплаву деформівного сплаву, у тому числі системи АІ-2п-Мда-Си (Пат. Мо СМ 102747244, Китай), за яким виконують виплавляння сплаву при температурі від 695 до 740 "С, його рафінування флюсом, потім вводять модифікатор лігатурою А1-ТІ5-В1 у кількості від 0,05 до З 95 від маси сплаву, потім обробляють імпульсним електричним струмом з частотою від 30 до 50 Гц з густиною струму від 100 до 1200 А/м" протягом від 30 до 500 с.

Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі є, обробка металевого розплаву сплаву на основі алюмінію, що включає виплавлення сплаву при температурі від 700 до 740 "С та пропускання через розплав імпульсного електричного струму протягом визначеного часу обробки.

В способі не передбачено вплив на розплав електромагнітних полів від одночасної обробки

Зо декількома типами електричних струмів, що звужує функціональні можливості способу. Також спосіб потребує додаткових енерговитрат на підтримання термостатування розплаву при реагентній обробці розплаву флюсом та модифікатором.

Найбільш близьким за сукупністю ознак до запропонованої корисної моделі є спосіб обробки розплаву деформівного сплаву (патент України Ме124938, МПК (2006) В220 27/02, В220 1/00,

С228 21/06, 0220 1/06, Сб22Е 3/02, Опубл. 15.12.2021, бюл. Мо 50/2021), що включає виплавлення сплаву при температурі від 700 до 740 "С, рафінування флюсом, введення модифікатора лігатурою А1-ТІ5-В1 у кількості від 0,05 до З 95 від маси сплаву та пропускання через розплав біполярних імпульсів електричного струму з частотою прямування імпульсів від 0,5 до 8 ГЕ час обробки розплаву, залежно від його маси, визначається із співвідношення: роУММосКої де ї - час обробки, с;

Е - власна густина енергії рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан та має значення від 0,5-109 до 2.108Дж/м3;

М - маса розплаву, кг;

Мо - енергія, яка запасається у накопичувачі енергії генератора імпульсних струмів, Дж;

К - коефіцієнт перетворення електричної енергії, що визначається співвідношенням енергії, яка введена безпосередньо у розплав від електродів, та М/0, визначається експериментально;

Її - частота слідування імпульсів, Гц-; р - густина розплаву, кг/м3.

Ознаки, які збігаються з суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі є обробка металевого розплаву сплаву на основі алюмінію, що включає виплавлення сплаву при температурі від 700 до 740 "С та пропускання через розплав імпульсного електричного струму протягом визначеного часу обробки, залежно від маси сплаву, термодинамічний стан якого характеризує густина внутрішньої енергії розплаву.

В способі не передбачено вплив на розплав електромагнітних полів від одночасної обробки декількома типами електричних струмів, що звужує функціональні можливості способу. Також спосіб включає потребу додаткових енерговитрат на підтримання термостатування розплаву при реагентній обробці розплаву флюсом та модифікатором.

В основу запропонованої корисної моделі, поставлено задачу вдосконалення способу обробки розплаву сплавів на основі алюмінію шляхом нового виконання операції пропускання електричного струму через розплав, яка дозволить забезпечити дію на розплав одночасно вибраною кількістю електричних струмів та зменшити час обробки розплаву залежно від його маси, за який суперпозиція електромагнітних полів цих електричних струмів забезпечить більш потужний термосиловий вплив на розплав, який покращить його кристалізаційну здатність, і за рахунок цього оптимізує процес утворення твердої фази та підвищить функціональні властивості виливка. Крім того, спосіб включає зменшення енерговитрат на обробку.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі обробки металевого розплаву сплаву на основі алюмінію, що включає виплавлення сплаву при температурі від 700 до 740"С та пропускання через розплав імпульсного електричного струму протягом визначеного часу обробки, залежно від маси сплаву, термодинамічний стан якого характеризує густина внутрішньої енергії розплаву, згідно з корисною моделлю, обробку здійснюють при пропусканні через розплав одночасно, як мінімум, двох різних типів струму (постійний, змінний, імпульсний), або одного щипу струму з різними електричними характеристиками, а час обробки розплаву, залежне від-маси сплаву, визначають за формулою:

Р. УР і-, де І- час обробки, с;

Ех. сума густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан при обробці вибраною кількістю струмів п, які одночасно пропускаються через розплав, має значення від 0,1-109 до 0,341 08Дж/м3;

М - маса розплаву, кг;

Я - густина розплаву, кг/м3

ХР і-ї - сумарна потужність вибраних струмів п, які одночасно пропускають через розплав,

Вт.

Величина Р; визначається для кожного типу струму окремо. Для постійних струмів за амплітудою (СС) та за знаком (ОС), а також для змінного струму (АС)

РАЛІ, де І - напруга на електродах, за допомогою яких електричний струм пропускають через розплав, В; - величина амплітуди струму, А.

Для імпульсного струму:

РАКА Оогу/2, де Шо - напруга на обкладинках конденсатора, В;

С - ємність конденсатора, Ф;

К - коефіцієнт корисної дії електричного струму, визначається експериментально;

І - частота прямування імпульсів, Гц.

Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками запропонованого способу та технічним результатом способу необхідно відзначити таке.

Ознаки обробку здійснюють при пропусканні через розплав одночасно, як мінімум, двох різних типів струму (постійний, змінний, імпульсний), або одного типу струму з різними електричнищи характеристиками, а час обробки розплаву, в залежності від його маси, визначається-за формулою:

Р.Х і-, де Ї- час обробки, с;

Ех. сума густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан при обробці вибраною кількістю струмів п, які одночасно пропускаються через розплав, має значення від 0,1-108 до 0,3-1089 Дж/м3;

М - маса розплаву, кг;

Р. густина розплаву, кг/м3 п

ХР

І- 0 - сумарна потужність вибраних струмів п, які одночасно пропускають через розплав, Вт дозволяють за рахунок формування суперпозиції електромагнітних полів від дії на розплав одночасно вибраною кількістю електричних струмів забезпечити більш потужний термосиловий вплив на розплав та зменшити час обробки розплаву, залежно від його маси, покращити кристалізаційну здатність розплаву, оптимізувати процес утворення твердої фази та підвищити функціональні властивості виливка.

Наведене значення суми густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи Ем від 0,1-10 до 0,3-10 Дж/м є у декілька разів менше, аніж для одного типу струму, в порівнянні з способом, що є найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється.

Така величина суми густин внутрішньої енергії менш потужного термодинамічного стану утворюється за рахунок формування у розплаві суперпозиції електромагнітних полів, які, навпаки, створюють більш потужний термосиловий вплив. Як відомо, термодинамічний стан розплаву визначається взаємодією елементів його атомарної та кластерної структур (Баум Б.А.

Металлические жидкости. - М.: Наука, 1979, 120 с; Чичко А.Н., Юркевич Н.П. Об образований нових злектронньїх состояний в звтектиках // ФТТ, 1994, Т.36, Мо3, С.785-791)|. Для металевої системи така взаємодія утворюється ковалентними, іонними та металевими зв'язками, що формуються валентними та декомпенсованими електронами |Физический знциклопедический словарь / Гл. ред. Прохоров А.М. М.: Советская знциклопедия. 1984. 1944 сб. - С.400)|. Тому зовнішній вплив електромагнітного поля достатньої інтенсивності є активною рушійною силою, яка переформатує енергетичні зв'язки заряджених частинок елементів структури, змінюючи термодинамічний стан розплаву. Це дає змогу зменшити час обробки розплаву при одночасній обробці різними струмами за рахунок того, що за окремих умов у розплаві можливе формування сінергетичних ефектів |(Безручко Б.П., Короновский А.А., Трубецков Д.И., Храмов

А.Е. Путь в синергетику. М: КомКнига, 2005, 304 с.|, тобто показники результату обробки не є адитивними відносно струмів, які використовують для одночасної обробки, а, навпаки, перевищують його сумарний ефект.

Суть способу пояснюється кресленням, на якому наведено функціональну схему установки для реалізації способу.

В ємності 1 (вигляд зверху), якою може бути плавильна піч або проміжна ємність, знаходиться розплав 2 на основі алюмінію масою М, який обробляється одночасно електричними струмами від джерел живлення З і 4, які електрично з'єднані з електродами 5 та б.

Спосіб здійснюють виходячи з технологічного завдання та забезпечення функціональних властивостей виливка вибирають типи електричних струмів та їх кількість п. Наприклад: імпульсний ж імпульсний з різними електричними характеристиками, постійний ж імпульсний, постійний т змінний тощо.

Сплав 2 на основі алюмінію масою М виплавляють при температурі від 700 до 740 "С у печі 1, розраховують час оптимальної одночасної обробки розплаву вибраною кількістю п типів струмів за формулою: г Еу-М п

Р. УР іІ- ,; де !- час обробки, с;

Ех. сума густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан при обробці вибраною кількістю струмів п, які одночасно пропускаються через розплав, має значення від 0,1-109 до 0,341 08Дж/м3;

М - маса розплаву, кг;

Р густина розплаву, кг/м3 п

ХР

І- 00 - сумарна потужність вибраних струмів п, які одночасно пропускають через розплав,

Вт.

Джерела живлення З та 4 з'єднають з електродами 5 та 6, які вводять у розплав. Здійснюють обробку розплаву пропусканням через нього одночасно, як мінімум, двох різних типів струму (постійний, змінний, імпульсний), або одного типу струму з різними електричними характеристиками, далі оброблений розплав або заливають у форму, або передають для іншої процедури технологічного циклу виплавлення.

Ефективність способу обробки розплаву можна довести наступними прикладами.

Приклад Ме1.

У шахтній тигельній печі опору при температурі 740 "С виплавляли сплав наступного хімічного складу: 5 (7,3 Ус); Ре (0,595); Си (0,5 Ус); Мп (0,07 95); Ма (0,07 Ус); 7п (0,2 95); РЬ (0,01 95), решта А7, маса сплаву М-0,55 кг, густина розплаву 2200 кг/мУ, для обробки використовували змінний струм (АС) частотою 50 Гц і постійний (випрямлений) струм (ОС) з частотою пульсацій 100 Гц. Для зрівняння ефективності одночасного впливу різних типів струму (О0С--АС) з впливом одного типу струму ОС або АС проводили відповідну обробку, а параметри джерел живлення вибирались таким чином, щоб струми мали однакові потужності Р, при цьому час обробки одним типом струму при величині Е-1,1-108Дж/м3 дорівнював 960 с (16 хв.). Під час одночасної обробки (ОС--АС) вибирали величину Її, яка дорівнювала 960 с (16 хв.) та 600 с (10

ХР хв.), а значення І-ї , дорівнювало параметрам обробки одним типом струму. При значенні ї-300 д- (5 дв.) принцип обробки відповідав умовам, викладеним у корисній моделі, що заявля :

Р.Х і-, де Ї- час обробки, с;

Ех. сума густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан при обробці вибраною кількістю струмів п, які одночасно пропускаються через розплав, має значення від 0,1-109 до 0,341 08Дж/м3;

М - маса розплаву, кг;

Ні - густина розплаву, кг/м3

ХА

І-ї - сумарна потужність вибраних струмів п, які одночасно пропускають через розплав,

Вт.

У таблиці 1 наведено дані по механічних властивостях зразків-свідків (зливків), що отримані відповідно до І5О 6892-84.

Таблиця 1 т - Границя Відносне Відносне имчасовий .

Принцип обробки й текучості умовна, подовження, б5, звуження, опір, ов, МПа бог, 2, МПа 96 Ф, о

Без обробки 1611 Ї7111лоз 11111120 1-0

Е-1,11108

Е-1,1108

Ех-1,1108

Е:-0,6108

Е:-0,34108 гостт1583-939 | .иЙ// ЇЇ 17157 1777777 11171111 20 ЇЇ -

Дані, які наведено в таблиці 1, свідчать про те, що відповідно до умов способу, що заявляється, обробка одночасно двома типами струму (АС--ОС) саме за час ї-5 хв. показала найкращий результат, тобто при менших енерговитратах практично у 3,5 разу, аніж при обробці одним типом струму. Величина Ех в цьому варіанті складала 0,3-108Дж/м3. Так, величина тимчасового опору Ов збільшена на 15 95 у порівнянні зі стандартом, а величину відносного подовження б5 збільшено у 1,5 разу. Також зафіксовано величину відносного звуження ф на рівні 4,4 95, що для цієї марки сплаву не зафіксовано |Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевьїх сплавов. Пер с англ. М. Металлургия. 1979. 640 с.; ГОСТ 1583-93.

Приклад Мо 2.

У шахтній тигельній печі опору при температурі 740 "С виплавляли сплав наступного хімічного складу: 5і (8 95); Ре (0,79 95); Си (1,98 9); Мп (0,1 Фе); Ма (0,27 в); 7п (0,44 95), решта

АЇ, маса сплаву М-0,57 кг, густина розплаву 2200 кг/м. Для одночасної обробки розплаву використовували постійний (випрямлений) струм (ОС) з частотою 100 Гц ї імпульсний біполярний низьковольтний струм (РОС) з наступними параметрами: період струму в імпульсі дорівнював 43 мкс, енергія імпульсу складала 0,022 Дж, а частота слідування імпульсів 1 кГц, п

У

К-0,3, потужність Р-б Вт. Сумарна потужність струмів (ОСРС) і-1 14 Вт. Час обробки (| і величина суми густин внутрішньої енергії (Ех) відповідно складали наступні значення: Ї-16 хв. та Ех-0,454108 Дж/ме; 1-10 хв. та ЕЗ-0,28-108 Дж/м3; 1-5 хв. Та Ех-0,14-108 Дж/м3.

У таблиці 2 надано результати обробки.

Таблиця 2

Принцип обробки Тимчасовий опір, оп. МІ| Відносне подовження, бв,

Безобробхи| -///////777771111111111111111111111170 1711111717111711671

ОСРС ї-16хв., Ех-0,45.102 Дж/м?

ОСІРС ї-1Охв., Ех-0,28-102 Дж/м?

ОСРС ї-СБхв., Ее-0,141098 Дж/м3

Згідно з другим прикладом, найкращий результат отримано відповідно до умов способу, що заявляється, а саме при часі обробки 5 хв. та Ех-0,14-108 Дж/м3. Також за рахунок зменшення часу обробки суттєво зменшено енерговитрати на обробку розплаву.

Таким чином, запропонований спосіб включає обробку розплавів сплавів на основі алюмінію за рахунок формування суперпозиції електромагнітних полів від дії на розплав одночасно вибраною кількістю електричних струмів дозволить забезпечити більш потужний силовий вплив на розплав та зменшити час обробки розплаву, в результаті чого покращується кристалізаційна здатність розплаву та оптимізується процес утворення твердої фази. При цьому підвищуються функціональні та механічні властивості виливків, також зменшуються енерговитрати на обробку розплаву.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб обробки металевого розплаву сплаву на основі алюмінію, що включає виплавлення Зо сплаву при температурі від 700 до 740"С та пропускання через розплав імпульсного електричного струму протягом визначеного часу обробки, залежно від маси сплаву, термодинамічний стан якого характеризує густина внутрішньої енергії розплаву, який відрізняється тим, що обробку здійснюють при пропусканні через розплав одночасно, як мінімум, двох різних типів струму (постійний, змінний, імпульсний) або одного типу струму з 35 різними, рлектричними характеристиками, а час обробки розплаву, залежно від маси сплаву, визнанеють за формулою:

   р.в -Ж, 40 де Ї - час обробки, с; 2 - сума густин внутрішньої енергії розплаву рідкометалевої системи, яка характеризує її термодинамічний стан при обробці вибраною кількістю струмів п, які одночасно пропускаються через розплав, має значення від 0,1-109 до 0,3-108Дж/м3; М - маса розплаву, кг; 45 Р - густина розплаву, кг/му;

   п у -400- сумарна потужність вибраних струмів п, які одночасно пропускають через розплав, Вт. - Мн і Кий і я і з й ь, шия ерше Її НН Друге 8 яжевело и ях Б | ! ! ажерела м (- ) |. джерело і шу сміх ОЗ й Мей м І живлення й ие ря живлення нки днтйннк нон ур нлннкннх 5 З Ж як / х м хх я З, 5 6 4 тенет, У дплитьне