Способ получения мелкокристаллической структуры металлов и сплавов Советский патент 1977 года по МПК B22D27/00 

1

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано при получении слитков и фасонных отливок с однородным по своему объему мелкокристаллическим строением. Мелкокристаллическая структура обеспечивает повышенные прочностные и пластические свойства изделий. Для получеиия такой структуры используются различные методы, обеспечивающие ускорение процесса кристаллизации: литье в металлические формы; литье под давлением; встряхивание затвердеваюш,его металла; непрерывную разливку с ускоренным охлаждением металла; электрошлаковый переплав.

Известен способ получения слитков с мелкокристаллической структурой, при котором металл выливают в форму через промежуточное охлаждаемое устройство 1.

Известен также способ получения металлов с мелкокристаллической структурой, обесиечиваюш,ей повышенную прочность металла, по которому жидкий расплав диспергируют на капли, которые затвердевают в виде гранул с мелкокристаллической структурой. Гранулы спекают в вакууме под большим давлением при повышенной температуре, но не достигаюш.ей температуры плавления металла, получая, таким образом, массивную деталь или заготовку 2.

Основное достоинство этого способа состоит

в том, что он ооеспечивает протекание процесса затвердевания металла с большой скоростью, что, в свою очередь, приводит к иолучению мелкокристаллической структуры металла в гранулах.

Однако при таком способе необходимо производить операцию спекания гранул металла при иовышенной темиературе. Поскольку этот процесс является длительным, в гранулах не0 пзбежно протекают рекристаллизационные явления, приводящие к росту зерна и, в конечном счете, к снин-сению эффективности способа. Цель изобретения состоит в ускорении про5 цесса кристаллизации жидкого металла без последующего рекристаллизационного отжига. Эта цель достигается тем, что исходный жидкий расплав, находящийся под атмосферным давлением п пмеющий температуру Т

0 (Т Го, где 7о - температура термодииамического равновесия жидкой и кристаллической фаз при атмосферном давлении), подвергают воздействию разрежения, т. е. растягивают без разрыва жидкости.

При этом температура фазового равновесия в соответств1 и с уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

ДГ АР

где Т - изменение темнературы илавления металла,

- температура илавления металла,

Р - изменение давления,

q - полярная теплота плавления,

V-молярный объем металла,

а - коэффициент усадки,

сдвигается в сторону более низких температур и становится равной Го, причем , а расплав, находящийся по-прежнему при температуре Т, оказывается перегретым на АТр То-Го- В растянутом состоянии жидкий металл охлаждают до температуры Г Го. При этом расплав остается в термодинамически устойчивом состоянии, т. к. его температура Т во всяком случае не ниже температуры фазового равновесия Го при разрежении. Наличие посторонних примесей (нерастворимых) в расплаве не влияет на устойчивость расплава. После охлаждения металла до температуры Т- резко (быстро) сбрасывают разрежение; в простейшем частном случае разрежение сменяется атмосферным давлением. При этом, в соответствии с упомянутым выше уравнением КлайперонаКлаузиуса, температура фазового равновесия сдвигается в сторону высоких температур и снова становится равной Го. Расплав же, охлажденный до температуры Г, становится переохлажденным, т. е. термодинамически неустойчивым, и поэтому быстро кристаллизуется.

Способ, например, при кристаллизации расплавленного железа, осуществляют следующим образом. Железо имеет плотность 8 г/см (для гамма-железа), температуру плавления 1539°С; теплоту плавления-3,64 ккал-г-атом; коэффициент усадки 0,06. Для переохлаждения жидкого железа, например, на -364°, необходимо подвергнуть расплавленное железо разрежению, равному 74,4-10- атм, величину которого находят, используя приведенные выше исходные данные, по уравнению Клапейропа-Клаузиуса.

Формула изобретения

Способ получения мелкокристаллической структуры металлов и сплавов путем переохлаждения расплава, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса кристаллизации, на расплав воздействуют разрежением, при котором его охлаждают до температуры, соответствующей температуре кристаллизации при внешнем давлении, после чего давление повышают до атмосферного.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Патент Франции № 2031555, кл. В 22D 27/00, 1970.

2. Белов А. Ф. Металлургия гранул - новый нуть повышения качества конструкционных материалов. - «Вестник АН СССР, 1975, К° 5, с. 74 (прототип).