СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАСПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПОЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК B22D27/02 

Описание патента на изобретение RU2311989C2

Изобретения относятся к средствам изменения физической структуры алюминиевых сплавов иным путем, чем термообработкой или деформацией, в частности посредством магнитно-импульсного поля, и могут использоваться в металлургической и машиностроительной промышленности.

Известен способ воздействия на расплавленный металл электромагнитными колебаниями (см. Шипов Г.И. Теория физического вакуума. М.: Наука, 1997, стр.251-253). Суть этого воздействия состоит в том, что в качестве источника колебаний используется генератор синусоидальных колебаний с частотой 100 МГц. Поле действует на поверхность расплавленного металла, который находится в алундовом тигле.

К недостаткам этого способа воздействия следует отнести то, что облучается малое количество металла, поскольку воздействие осуществляется через его поверхность.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ управления процессом кристаллизации из расплава путем регулирования интенсивности перемешивания и гомогенизации под действием постоянных электрического и магнитного полей, ориентированных поперек друг друга (патент США №5333672, В22D 27/02, 1994).

Однако, как видно из приведенных значений режимных параметров, данный способ энергоемкий. Также к его недостаткам следует отнести повышенную электрическую и электромагнитную опасность. Кроме того, аппаратурное оформление данного способа предусматривает наличие громоздкого электросилового оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство, с помощью которого осуществляется воздействие ИМП (см. Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. Харьков, издательское объединение «Вища школа», 1977, стр.140-141). Это цилиндрический витой индуктор на раздачу. Главный элемент индуктора - спираль рабочей обмотки из медной шины прямоугольного сечения. В качестве изоляции шины используется лавсановая пленка. Прямоугольная шина изолируется пленкой в несколько проходов. Поверх лавсановой пленки наматывается два слоя хлопчатобумажной пряжи либо стеклоленты. Спираль наматывается на изоляционную болванку из текстолита. После намотки спирали на болванку, когда витки ее уложены еще не плотно, пространство между витками заполняется герметиком. Затем на прессе с помощью изоляционного кольца спираль уплотняется в осевом направлении. Кольцо после сжатия спирали фиксируется штифтом. На рабочую часть индуктора для защиты витковой изоляции от механических повреждений наносится изоляционный слой.

К недостаткам этого устройства следует отнести неработоспособность при высоких температурах.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность воздействия за счет увеличения объема обрабатываемого металла при одновременном уменьшении стоимости установки и энергозатрат и работоспособность при высоких температурах.

Данная задача решается за счет того, что в способе воздействия электромагнитного излучения на расплавленный металл, включающем обработку расплава металла электромагнитными колебаниями, согласно изобретению обработку осуществляют путем создания внутри расплава однополярных электромагнитных импульсов тока, представляющих собой синусоидальные затухающие сигналы с длительностью порядка 150...180 мкс и мощностью до 5 кВ.

В устройстве для воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл, содержащем индуктор, выполненный в виде многовитковой спирали, согласно изобретению на спираль нанесен слой Al2O3, а витки спирали зафиксированы путем заливки индуктора в магнитно-прозрачный керамический корпус.

Кроме того, в состав заливочной смеси входит маршалит, жидкое стекло и вода.

На чертеже представлен индуктор, в состав которого входит: 1 - токовыводы; 2 - витки; 3 - магнитно-прозрачный керамический корпус.

Выбор оксида Al2O3 в качестве напыляемого слоя обусловлен следующими факторами. Во многих агрессивных средах, особенно при высоких температурах, оксиды значительно более стойки по сравнению с карбидами, боридами и нитридами. К специфическим свойствам оксидов следует отнести их низкую теплопроводность и электропроводность. Большинство оксидов, применяемых для напыления покрытий, имеют высокую температуру плавления. Усиление и фиксация витков были достигнуты путем заливки индуктора в магнитно-прозрачный керамический корпус. Заливочная смесь состояла из маршалита, жидкого стекла и воды. Такой состав используется для окрашивания рабочих поверхностей тиглей и кокилей.

Введение облучателя непосредственно в объем расплавленного металла в совокупности с использованием в качестве электромагнитных колебаний довольно коротких, но достаточно мощных импульсов позволяет повысить эффективность воздействия электромагнитного излучения на расплавленный металл и снизить стоимость такой обработки. Погружной индуктор, перемещаясь, позволяет обрабатывать большие объемы расплава.

Предлагаемые способ и устройство обработки металла были испытаны экспериментально. Объектом исследования служили силумины марки АК9 ч и АК6М2. Заранее приготовленную шихту в виде чушек весом 600 г расплавляли в лабораторной печи сопротивления в тигле. Контроль и поддержание температуры расплава на заданном уровне осуществляли с помощью термопар типа ХА и контактного пирометра «Луч - А1». Расплав перегревали до 720°С, после чего в него погружали индуктор и производили обработку ИМП по заданной программе. Далее расплав переливали в подогретый графитовый тигель. Тигель с расплавом устанавливали на огнеупорное основание и накрывали асбестовой крышкой, в которой крепилась термопара. Показания милливольтметра фиксировали каждые 5 секунд до полной кристаллизации расплава.

Анализ кривых охлаждения показал, что при охлаждении расплава, предварительно обработанного ИМП, фаза α(А1) начинала кристаллизоваться при более низкой температуре. Также наблюдалось уменьшение величины переохлаждения сплава. Обработка расплава ИМП несколько увеличила скорость образования фазы α(А1). Воздействие ИМП на расплав способствует выравниванию (перераспределению) содержания основных легирующих элементов (Si, Mg) по высоте отливки и в то же время их перемещению в верхние зоны. Характер распределения более тяжелых элементов Fe и Mn - обратный (обогащение нижних зон). Обработка ИМП уменьшила пористость отливок с 2-3 бала до 1-2 бала. При этом отсутствовали крупные поры (более 0,25 мм); микроструктура сплава, обработанного ИМП, характеризуется наличием более измельченных кристаллов FeSiAl5 и эвтектического кремния, а также увеличением объема эвтектических фаз.

Далее проведены эксперименты по изучению воздействия ИМП на механические свойства силумина АК6М2. Расплав обрабатывали при температуре 720-750°С. Установлено положительное влияние параметров ИМП на механические свойства литого сплава АК6М2: максимальные значения свойств достигнуты при определенных параметрах (σB=213 МПа, δ=3,5%). По сравнению с необработанным расплавом повышение σB составило 16%; наиболее существенно увеличилась пластичность - на 56%.

В результате эксперимента был сделан вывод, что кратковременная обработка жидких силуминов ИМП способствует улучшению строения отливок (выравнивание химического состава, снижение пористости, измельчение микроструктуры), изменению кинетики кристаллизации сплава (увеличение скорости кристаллизации фаз, уменьшение величины переохлаждения и снижение температуры фазообразования). Эти изменения вызывают улучшение физико-механических и эксплуатационных характеристик отливок.

Похожие патенты RU2311989C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ НА РАСПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2000
  • Крымский В.В.
  • Кулаков Б.А.
  • Знаменский Л.Г.
  • Дубровин В.К.
RU2198945C2
Переносной тигель для плавления чугуна марки ЧС17 2023
  • Иванайский Виктор Васильевич
  • Кривочуров Николай Тихонович
  • Лященко Дмитрий Николаевич
  • Филиппова Ольга Васильевна
RU2807487C1
Способ плакирования порошковой композиции расплавом металла 2020
  • Глущенков Владимир Александрович
  • Беляева Ирина Александровна
  • Песоцкий Вячеслав Иванович
  • Миронов Виктор Александрович
  • Ушеренко Юлия Сергеевна
RU2760010C2
Переносной тигель для плавки алюминия и его сплавов 2022
  • Иванайский Виктор Васильевич
  • Кривочуров Николай Тихонович
  • Ишков Алексей Владимирович
  • Шанчуров Сергей Михайлович
RU2797891C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНОГО РАСПЛАВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Тихонов Р.Д.
  • Денисов Г.А.
  • Гурьев В.В.
  • Костиков В.И.
  • Лесков С.П.
RU2157795C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ - ТУГОПЛАВКИЙ МЕТАЛЛ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2006
  • Знаменский Леонид Геннадьевич
  • Ивочкина Ольга Викторовна
  • Варламов Алексей Сергеевич
RU2323990C1
Индукционное нагревательное устройство 2020
  • Бабенко Павел Геннадьевич
RU2759171C1
СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА И СИЛУМИНА 2010
  • Сенкус Витаутас Валентинович
  • Селянин Иван Филипович
  • Гетман Александр Анатольевич
  • Дорошилов Алексей Викторович
  • Сенкус Валентин Витаутасович
  • Стефанюк Богдан Михайлович
  • Володина Людмила Всеволодовна
  • Конакова Нина Ивановна
  • Баженов Сергей Сергеевич
  • Архипова Елена Сергеевна
RU2439166C2
СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ (СИЛУМИНОВ) УГЛЕРОДОМ 2013
  • Изотов Владимир Анатольевич
  • Чибирнова Юлия Валентиновна
RU2538850C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ 2000
  • Казанцев Г.Ф.
  • Барбин Н.М.
  • Бродова И.Г.
  • Моисеев Г.К.
  • Ватолин Н.А.
  • Башлыков Д.В.
  • Манухин А.Б.
RU2177048C1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАСПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПОЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к средствам изменения физической структуры алюминиевых сплавов иным путем, чем термообработкой или деформацией, в частности посредством магнитно-импульсного поля, и могут использоваться в металлургической и машиностроительной промышленности. Способ воздействия электромагнитного излучения на расплавленный металл включает обработку расплава на основе алюминия электромагнитными колебаниями путем создания внутри расплава однополярных электромагнитных импульсов тока длительностью порядка 150...180 мкс и мощностью до 5 кВ. Устройство для воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл содержит погружной индуктор, выполненный в виде многовитковой спирали, с напыленным на спираль слоем Al2O3, витки спирали зафиксированы путем заливки индуктора в магнитно-прозрачный керамический корпус, в состав заливочной смеси входит маршалит, жидкое стекло и вода. Техническим результатом является повышение эффективности воздействия на металл при одновременном снижении стоимости установки и энергозатрат и обеспечение работоспособности при высоких температурах. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 311 989 C2

1. Способ воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл, включающий обработку расплава на основе алюминия электромагнитными колебаниями, отличающийся тем, что обработку осуществляют путем создания внутри расплава однополярных электромагнитных импульсов тока длительностью 150-180 мкс и мощностью до 5 кВ.2. Устройство для воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл, содержащее индуктор, выполненный в виде многовитковой спирали, отличающееся тем, что на спираль напылен слой Al2O3, а витки спирали индуктора зафиксированы путем заливки в магнитно-прозрачном керамическом корпусе.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что использована заливочная смесь, содержащая маршалит, жидкое стекло и воду.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2311989C2

БЕЛЫЙ И.В
и др
Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов
- Харьков: Вища школа, 1977, с.140-141
US 5333672 A, 02.08.1994
ОДНОВИТКОВЫЙ ИНДУКТОР ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК 1981
  • Астапов В.Ю.
  • Горбунов Н.М.
  • Литров В.Б.
  • Бишев Б.А.
SU999299A1
УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 1985
  • Попов Ю.А.
  • Галкин В.П.
  • Шикера В.В.
  • Галкин И.А.
  • Полынов А.А.
  • Локтионов А.М.
  • Огнев В.Я.
  • Коневцев И.Б.
SU1267674A1
Способ обработки расплава модификаторов и легирующих добавок 1979
  • Миненко Георгий Николаевич
  • Сухарчук Юрий Семенович
  • Гайтан Геннадий Васильевич
SU1057178A1
RU 2059452 C1, 10.05.1996
WO 8604839 A1, 28.08.1986.

RU 2 311 989 C2

Авторы

Глущенков Владимир Александрович

Егоров Юрий Алексеевич

Иголкин Алексей Юрьевич

Черников Дмитрий Генадьевич

Даты

2007-12-10Публикация

2005-11-22Подача