Устройство для получения слитков с осевой направленной структурой Советский патент 1993 года по МПК B22D27/04 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения слитков со столбчатой кристаллической структурой, например постоянных магнитов.

Целью изобретения является уменьшение концевых отходов слитков путем улучшения условий процесса направленной кристаллизации.

На фиг. 1 схематически изображено уст- роист во, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Устройство содержит поддон-холодильник 1, нагреватель 2, имеющий возможность перемещаться в вертикальной плоскости, расположенную внутри нагревателя литейную форму 3 с открытыми внизу рабочими полостями 4 для слитков и подставку 5, расположенную с теплоизолирующим зазором а относительно поддона-холодильника 1. Подставка 5 выполнена с теплопроводящими вставками 6 с выступающими концами, из которых нижние 7 упираются своими торцами в поддон- холодильник, а верхние выполнены в виде овальных выступов 8, расположенных на торцовой поверхности подставки 5. При этом длина нижнего выступающего конца каждой вставки равна ширине а теплоизоляционного зазора, а диаметр этого конца больше диаметра части вставки 6, расположенной в теле подставки 5. Блок-форма 3 содержит литниковую чашу 9.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При поднятом нагревателе 2 в крайнее верхнее положение на поддоне-холодильнике 1 размещают подставку 5 с теплопроводящими вставками б, при этом нижние торцы вставок упираются в поддон-холо- дильник с образованием теплоизолирующего зазора, шириной, равной а. Затем на промежуточный элемент устанавливают литейную форму (одно- или многогнездную). опускают при помощи механизма переме- щения (не показан) нагреватель 2 и нагревают литейную форму 3 до температуры, превышающей температуру затвердевания металла слитка. Далее производят заливку рабочих полостей 4 жидким металлом через литниковую чашу 9 и после выдержки перемещают нагреватель 2 вверх, обеспечивая направленную кристаллизацию металла, которая начинается с момента его контакта с охлаждающей поверхностью подставки 5, в том числе с овальными выступами 8 тепло- проводящих вставок 6, имеющих более низкую температуру по сравнению с другими участками охлаждающей поверхности подставки 5. При этом за счет того, что подставка 5 расположена с зазором а по отношению к поддону-холодильнику, ограничивается в начальный период кристаллизации интенсивность теплового потока и снижается осевой температурный градиент в направлении от жидкого металла к поддону-холодильнику, что обеспечивает минимальную высоту зоны разориентиро- ванных равноосных кристаллов в нижней части слитка. Повышение качества кристаллической структуры слитка достигается также и за счет исключения в его нижней части поперечных температурных градиентов благодаря возможности осуществлять нагрев нижних стенок литейной формы до высоких температур, поскольку подставка 5 не контактирует непосредственно с охлаждающей поверхностью поддона-холодильника 1. Наличие на дне рабочей полости 4 локальных центров направленной кристаллизации в виде овальных выступов 8 обеспечивает условия приоритетного зарождения и однонаправленного роста крупных ограниченных по количеству столбчатых кристаллов, которые подавляют развитие других кристаллов, образующихся на матрице подставки 5, имеющей более низкую тепловую активность за счет меньшей теплопроводности ее материала и более высокой температуры в начальный период кристаллизации. Отмеченные факторы создают условия формирования по всей высоте слитка требуемой кристаллической текстуры и уменьшают величину нижней части слитка, не соответствующей техническим требованиям по макроструктуре и отходящей в обрезь. Путем подбора материалов матрицы подставки 5 и теплопроводя- щих вставок 6, а также величины зазора а и интенсивности охлаждения поддона-холодильника 1 можно получать требуемую макроструктуру слитков из различных сплавов и иметь минимальную высоту дефектной нижней части слитка.

В производственных условиях Новочеркасского производственного объединения Магнит на базе установки Кристаллизатор- 104 были проведены сравнительные испытания работоспособности предлагаемого устройства и устройства-прототипа.

Общими конструктивными параметрами и условиями проведения испытаний устройств обоих типов являлись поддон-холодильник - медный, водоохлаж- даемый, неподвижный; литейная форма в виде блока 19 - и муллитокремнеземистых трубок длиной 420 мм, внутренним диаметром 18 мм и толщиной стенок 2,5 мм; нагревательный узел индукционною типа с промежуточным нагревателем в виде цилиндра из боросилицированного графита марки БСГ-30; температура в шахте нагревательного узла перед заливкой, °С - 1560 ± 10; температура сплава типа ЮНДКБА по ГОСТ 17089-72 перед выпуском из тигля индукцион- ной плавильной печи, °С - 1720 ± 15; скорость перемещения нагревательного узла в процессе кристаллизации, мм/мин - 5 ± 0,3.

Устройство-прототип содержало подставку в виде сплошной пластины из титана, расположенной непосредственно на медном водоохлаждаемом холодильнике, а в предлагаемом устройстве та же подставка была снабжена латунными вставками диаметром 3 мм (в количестве 4-5 шт на одну рабочую полость) с выступающими нижними концами (диаметр 4 мм, высота 4 мм) и верхними овальными выступами высотой 1- 1,5 мм.

Конструкция подставки в предлагаемом устройстве обеспечивала ее расположение гто отношению к медному водоохлаждаемо- му холодильнику с зазором, равным 4 мм.

О качестве слитков судили по макроструктуре травленых шлифованных поверх- ностей, расположенных в осевых центральных зонах слитков, которую исследовали при помощи микроскопа МБС-9 при увеличении л 16 и цене деления шкалы 0.05 мм.

В таблице приведены результаты мак- роструктурного анализа образца слитков, изготовленных при помощи испытанного устройства.

Как видно из данных, приведенных в таблице, использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с прототипом уменьшить концевые отходы слитка из магнитного сплава за счет уменьшения в 8 раз высоты дефектной зоны равноосных и

замороженных кристаллов у нижнего торца слитка, уменьшения в 2 раза высоты зоны мелких столбчатых кристаллов, расположенной над дефектной зоной, а также повысить магнитные свойства магнитов, получаемых из слитка, за счет увеличения примерно в 3 раза среднего диаметра одного столбчатого кристалла в средней части слитка.

Формула изобретения

1.Устройство для получения слитков с осевой направленной структурой, содержащее нагреватель, соосно размещенную в нем литейную форму с открытой внизу рабочей полостью, охлаждаемый поддон-холодильник и подставку, расположенную между литейной формой и поддоном-холодильником, отличающееся тем, что, с целью уменьшения концевых отходов слитков путем улучшения условий процесса направленной кристаллизации, подставка расположена с теплоизолирующим зазором относительно поддона-холодильника и снабжена теплопроводящими вставками с выступающими концами, из которых нижние сопряжены своими торцами с поддоном-холодильником, а верхние выполнены в виде выступов, расположенных на охлаждающей поверхности подставки.

2.Устройство поп.1,отличающве- с я тем. что длина нижнего выступающего конца каждой вставки равна ширине теплоизолирующего зазора.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью исключения выпадения теплопроводящих вставок, диаметр нижнего выступающего конца вставки больше диаметра ее части, расположенной в теле подставки, и верхние выступающие концы выполнены овальными.

я

/

Использование: в литейном производстве, а именно при получении слитков с осевой направленной структурой, для изготовления длинномерных заготовок из магнитных, жаропрочных и тугоплавких сплавов. Сущность изобретения: устройство включает поддон - холодильник 1, нагреватель 2. литейную форму 3 с открытыми внизу рабочими полостями 4 и подставку 5, расположенную между дном литейной формы и поддоном-холодильником. Поставленная цель изобретения достигается тем, что подставка 5 расположена по отношению к поддону-холодильнику 1 с зазором, а также благодаря оснащению подставки теплопро- водящими вставками 6 с выступающими концами, из которых нижние 7 упираются своими торцами в поддон - холодильник, а верхние выполнены в виде овальных выступов 8. расположенных на охлаждающей поверхности подставки. Улучшение условий процесса направленной кристаллизации слитка достигается благодаря умеренной температуре дна рабочей полости, наличию на нем локальных центров направленной , кристаллизации, непрерывному теплостоку от затвердевающего слитка к поддону - холодильнику через теплопроводящие вставки и высокой температуре нижних стенок литейной формы перед заливкой. В результате уменьшаются концевые отходы слитка и улучшается качество изделий, получаемых из слитка. 2 з.п. ф-лы. 2 ил., 1 табл. Ё 00 ю ю со VI о со

Фиг.