УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ Российский патент 2002 года по МПК C22F3/02 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении слитков алюминиевых сплавов и фасонном литье заэвтектических силуминов поршневой группы.

Ближайшим аналогом является устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов, состоящее из магнитострикционного преобразователя, концентратора ультразвуковых колебаний и излучателя, выполненного в виде кольца совместно с литниковой воронкой (авторское свидетельство СССР 973233, C 22 F 3/02, от 15.11.1982).

Недостатком этого устройства является низкая эффективность излучения ультразвука в расплав. Литниковая воронка является присоединенной массой к колебательной системе, что затрудняет расчет колебательной системы на резонансную частоту и не позволяет точно настроить все ультразвуковое устройство на резонансный режим. Указанные недостатки этого устройства не обеспечивают эффективную передачу ультразвуковой энергии в расплав. Это не позволяет организовать устойчивый режим ультразвуковой обработки в процессе всего непрерывного литья слитка и тем самым обеспечить равномерную структуру слитка по его длине и повысить качество получаемого металла.

Предлагается устройство для ультразвуковой обработки легких сплавов, состоящее из магнитострикционного преобразователя, концентратора ультразвуковых колебаний и излучателя, выполненного из ниобия, тантала и их сплавов.

Рабочая часть излучателя покрыта слоем обработанного ультразвуком в режиме развитой кавитации алюминия.

Для работы в режиме продольных колебании излучатель выполнен из отожженных горячепрессованных прутков длиной, кратной половине длины волны продольных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения.

Для работы в режиме изгибных колебаний излучатель выполнен из отожженных листов или плит, длина которых кратна половине длины волны изгибных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения.

Предлагаемое устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов отличается от ближайшего аналога тем, что излучатель выполнен из ниобия, тантала и их сплавов, при этом рабочая часть излучателя покрыта слоем обработанного ультразвуком в режиме кавитации алюминия. Предлагаемое устройство обеспечивает передачу ультразвука от излучателя непосредственно в расплав.

Для работы в режиме продольных колебаний излучатель выполнен из отожженных горячепрессованных прутков длиной, кратной половине длины волны ультразвука на частоте возбуждения.

Для работы в режиме изгибных колебаний излучатель выполнен из отожженных листов или плит.

Технический результат - стабильность резонансного режима излучения ультразвука в расплав и повышенная кавитационная стойкость в процессе непрерывной работы устройства, что ведет к получению металла с нужными свойствами.

Предлагаемое устройство обеспечивает работу всех звеньев на резонансной частоте. Поверхность излучателя, соприкасающаяся с кавитирующим расплавом, практически не разрушается, т. к. диффузия алюминия в ниобий, тантал и их сплавы крайне мала, что исключает образование на границе контакта с расплавом хрупких и твердых алюминидов. Излучатель сохраняет свои упругие свойства (модуль Юнга) при нагреве от комнатной температуры до температуры обрабатываемого расплава.

Все это приводит к повышению стойкости излучателя и стабильности резонансного режима излучения ультразвука в расплав, позволяя получить равномерную структуру по всей длине слитка и тем самым повысить качество получаемого металла.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг.1 изображено предлагаемое устройство для работы в режиме продольных колебаний;
на фиг.2 изображено предлагаемое устройство для работы в режиме изгибных колебаний.

Предлагаемое устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов состоит из магнитострикционного преобразователя (1), концентратора ультразвуковых колебаний (2) и излучателя (3), изготовленного из ниобия, тантала и сплавов на их основе.

Были изготовлены устройства для ультразвуковой обработки расплава с излучателями продольных колебаний из отожженных горячепрессованных прутков сплава ниобия с 5% молибдена и излучателями из отожженных горячекатаных плит из технического ниобия. Кроме того, инструмент-излучатель продольных колебаний был изготовлен из технического титана (прототип).

В тигельной печи готовили расплав алюминия высокой чистоты (99,99%) весом до 1 кг. При температуре 700-750^oС проводили ультразвуковую обработку расплава на частоте 18 кГц с помощью излучателей продольных колебаний из отожженных прутков длиной ¹/₂ длины волны ультразвука, равной для ниобия и его сплавов 100 мм и для технического титана 140 мм.

Кроме того, проводили ультразвуковую обработку с помощью излучателя изгибных колебаний из технического ниобия, изготовленного из отожженных плит, длина инструмента кратна 1/2 длины волны изгибных колебаний, что на частоте 18 кГц составляет 12 мм.

Результаты химического анализа алюминия после ультразвуковой обработки (УЗО) от 2 мин до 100 ч с применением излучателей из технического ниобия, сплава ниобия с 5% молибдена и технического титана (аналог) представлены в табл. 1.

Исследовали влияние температуры на изменение упругих характеристик (модуль Юнга) при нагреве излучателей, изготовленных из разных материалов от комнатной температуры до 1000^oС (табл. 2).

Таким образом, предлагаемое устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов имеет высокую кавитационную стойкость в расплаве алюминия и сохраняет стабильносгь упругих характеристик (модуль Юнга) в широком интервале температур - от комнатной до рабочих температур расплава. Все это позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства, позволяя сохранять рабочий режим обработки в процессе всего непрерывного литья слитка.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении слитков алюминиевых сплавов и фасонном литье заэвтектических силуминов поршневой группы. Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности резонансного режима излучения ультразвука в расплав и повышенной кавитационной стойкости в процессе непрерывной работы устройства, что ведет к получению металла с нужными свойствами. Технический результат достигается тем, что устройство для ультразвуковой обработки расплава содержит магнитострикционный преобразователь, концентратор ультразвуковых колебаний и излучатель, выполненный из ниобия, тантала или их сплавов, при этом рабочая часть излучателя покрыта слоем обработанного ультразвуком в режиме кавитации алюминия. Кроме этого, для работы в режиме продольных колебаний излучатель выполнен из отожженных прутков длиной, кратной 1/2 длины волны продольных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения, а для работы в режиме изгибных колебаний излучатель выполнен из отожженных листов или плит длиной, кратной 1/2 длины волны изгибных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов, содержащее магнитострикционный преобразователь, концентратор ультразвуковых колебаний и излучатель, отличающееся тем, что излучатель выполнен из ниобия, тантала или их сплавов, при этом рабочая часть излучателя покрыта слоем обработанного ультразвуком в режиме кавитации алюминия. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для работы в режиме продольных колебаний излучатель выполнен из отожженных прутков длиной, кратной 1/2 длины волны продольных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для работы в режиме изгибных колебаний излучатель выполнен из отожженных листов или плит длиной, кратной 1/2 длины волны изгибных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения.