Способ получения металлических слитков Советский патент 1984 года по МПК B22D7/00 B22D27/00 

Изобретение относится к металлур гии и может быть использовано при получении слитков, подвергающихся обработке давлением. При кристаллизации металлов и сплавов их удельный объем уменьшается, в результате чего в головной части слитков создается усадочная раковина, которая образуется перед обработкой слитков давлением. Известен способ получения металлургических слитков, включающий заливку расплава в изложницу, его кристаллизацию и подвод дополнительного тепла к верхней части слит каО. Однако способ, хотя и позволяет уменьшить величину концентрирова ной усадочной раковины в верхней части слитка, не устраняет ее целиком. Наиболее близким к изобретению по технической суп;,ности и достигаемому результату является способ, включающий заливку расплава в излож ницу и его кристаллизацию. За счет введения добавок в расплав в слитке осуществляется кипение. При этом вместо сосредоточненной усадочной раковины в слитке образуется общая пористость, впоследствии исчезающая при горячей пластической деформации 2 . Недостатки известного способа за ключаотся в том, что кР пение можно осуществить только в сталях, притом только узкого сортамента, а кипящие и г олуспокойные стали из-за повышенного содержания кислорода обла дают пониженными механическими свой ствами по сравнению со спокойными. Целью изобретения является увеличение выхода Год1 ого путем уменьщ нкя в верхней части слитка концентр рованной усадочной раковины. Постэвленг1ая цель достигается те что при способе получен.ие металличе ки: с.ю-ггков, включающем заливку рас лава J3 изложницу и его кристаллизац после заливки расплава полость под расплаво.м герметизируют и заполняют ее водородом под давлением 0,024,0 MTIa, ф iзичccкaя сущность способа закл чается в том, что на первой стадии водород растворячзтся в верхнем еще не закристал-гшзовавшемся объеме рас лава. Когда начинается затвердевание, то вследствие падения растворимости водорода при переходе металла из жидкого состояния в кристаллическое избыточный водород выделяется в ви,де пузырьков, что приводит к росту верхней части слитка и предотвращению образования сосредоточненной усадки. Кристаллизация слитка происходит не во всем объеме (одновременно. Вначале кристаллизуютс:я нижние и боковые участки, со стенок изложницы, а верхняя часть затвердевает в последнюю очередь. Поэтому водород необходимо подавать в конце затвердевания слитка. В этом случае рост объема за счет выделения газа наблюдается только в верхней части слитка, где во время подачи водорода остается жидкость. Технологическая су:дность способа заключается в том, что заданный металл или сплав заливаот в изложницу (независимо от сюсоба разлиЕ ки) . Затем верхнюю ча-.ть гер 1етизируют плотно прилегающВй крышкой, снабженной трубой для ПОД.1ЧИ водорода. В пространство межд;у зеркалом расплава и крьплкой подается водород, который остается там до конца затвердеваЕшя слитка. Чтобы обеспечить отсутствие натекания -шздуха под крышку -при низких давлениях водорода , необходимо подавать водород в смеси с инертным газом (азот, аргон) при общем давлении несколько большем атмосферного. При этом парциальное давление водорода меньше атмосферного на величину, равную разности общего объем; и объема инертного газа. После окончания за твepдeвaния слитка снижается крышка и производятся обычные операции, связанные с извлечением с:ли7ка из изложнин;ы. Полученные предлагг.емым способом слитки имеют закрытую пористость в верхней части. Поверхность пор не окислена и поэтому при далыгейлей горячей пластичес - ой деформации они завариваются и бес следно исчезают. В то же время вьщеляется избыточный водород, ксторый может отрицательно повлиять -la 1ъпастические свойства металла. Важнейшим преиму1цеством предлагаемого способа является то, что он позволяет получать слитки без сосре

доточенной усадочной раковины практически всех металлов и сплавов.

Проверку способа осуществляют в лабораторных условиях. Для этого алюминий промышленной чистоты и медь технической чистоты расплавляют в электропечи сопротивления. Затем расплав заливают в цилиндрические стальные изложницы диаметром 40 мм и высотой 150 мм. После этого ИЗЛОЖНИ накрывают специальной крыдой и под нее подают водород под давлением О,01-А,5 МПа.

При давлении водорода в герметизрованной камере, МПа: 0,0, 0,01,

,015; 0,02; 1,о; з,5; 4,о и 4,5

выход годного для а.пюминия составляет соответственно, %: 76, 76, 92, 100, 100, 100, 100 и 93. При давлении водорода, МПа:

0,0; 0,01; 0,015; 0,02; о,Об; о,;

1,0 и 1,1 выход годного для меди соответственно %: 71, 82, 96, 100, 100, 100, 100 и 87.

Для устранения усадочной раковины при формировании металлических слитков необходимо поддерживать давление водорода между зеркалом металла и крышкой от 0,02 до 4,0 МП Нижний предел давления обусловлен тем, что ниже 0,02 МПа величина пористости незначительна и не в состоянии компенсировать снижение объема металла при затвердевании, в результате чего слитки получаются с усадочной раковиной. При верхнем пределе выше 4,0 МПа пористость получает значительное развитие, что приводит к чрезмерному снижению плотности верхней части слитка и его росту, появлению открытых пустот и снижению выхода годного.

24064

Для определения прочйостных показателей слитков металла, полученных предлагаемым способом, проводили следующие эксперименты. 5 Образцы заливали в открытую изложницу и изложницу с герметичной ( крышкой, под которую в конце затвердевания подавали водород давлением 1,0 МПа и сохраняли его до конца затвердевания. После этого слитки диаметром 35 мм и длиной 65 мм целиком прокатывали npii 600 С до диаметра 20 мм. Из головной части изготовляли образцы для испытания на разрьш. В слитках, полученных в открытой изложнице, перед пластической деформацией обрезали верхнюю часть, содержащую усадочную раковину.

Механические испытания показали следующие результаты: для меди 22,0 и 23,0 кг/мм,- для алюминия 8,7 и 8,6 кг/мм соответственно для образцов, полученных из слитков с подачей водорода в герметизированную полость и без подачи.

Из результатов испытаний следует, что водород, использованный для получения слитка без усадочной раковины, не повлиял на свойства металлов. Последнее объясняется его удалением во время горячей пластической деформации, подтверждающееся результатами газового анализа.

Реализация предлагаемого способа в промьшшенности позволит довести выход годного меташла до 100% за счет исключения отрезка головной части слитков. Кроме того, способ позволяет исключить загрязнение металла примесями, значительно снижающими его механические свойства.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКОВ, включающий заливку расплава в изложницу и его кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годного путем уменьшения в верхней части слитка концентрированной усадочной раковины, после заливки расплава полость над расплавом герметизируют и заполняют ее водородом под давлением 0,02-4,0 МПа.