Способ получения изделий Советский патент 1978 года по МПК B22D27/04 C22B9/22 

1.

Изобретение относится к металлургии чериых, цветных и тугоплавких металлов и может быть использовано при получении изделий, в том числе заготовок, деталей или узлов с использованием процессов литья, злектрошлакового переплава, зонной плавки и других процессов, связаииых с охлаждением металлов. ,Известиы многочисленные способы получения изделий сложной конфигурации, когда в качестве формообразующей поверхности используют, например, литейные формы {.

Недостатками способов являются трудность предотвращения физико-химического взаимодействия кристаллизирующегося расплава с материалом стенок форм и изложниц, а также трудности, связанные с нарушением качества получаемых изделий как по составу, так и по виещией геометрии. При производстве монокристаллических изделий эти вопросы еще больше усложняются.

Известен также способ получения полых заготовок из стали и сплавов переплавом расходуемых электродов с отжатием жидкого металла от дорна, заключающийся в том, что отжатие жидкого металла от стенок дорна осуществляют пропусканием через дори электрического тока, противоположного по иаправлеиию току переплава 2. Однако указаииый

способ не позволяет получать изделия более щирокой номенклатуры (не только полые).Это обусловлено невозможностью. Во многих Случаях, создания противотоков по материалу расплава и изложницы, например дорна. Способ 5 ие обеспечивает регулируемость процесса, и .не может быть применен для получения изделий точной геометрии.

Целью изобретения является повышение качества изделий с обеспечением заданных геоР метрических форм и размеров при применении тонкого регулироваиия процесса и предотвращение взаимодействия расплава с материалом стенок форм и изложниц. Это достигается тем, что поверхностный слой кристаллизуют охлаждением за счет термоэлектронной эмиссии в условиях напряжения величиной 40-500 В, причем электрод выполняют по форме поверхности получаемого изделия.

Способ осиоваи на следующем. Известно, что поверхность нагретых тел эмиттирует электроны, плотность потока которых описывается формулой Ричардсона:

.

,

При съеме термоэмиссионного тока 1 с по25 верхности будет удаляться поток тепла Р,

достигающий значительных величин (приблизительно 10Вт/см ).

Формула Ричардсона справедлива при определенных условиях и техническое нспользование эмиссионного охлаждения будет эффективно:

при температурах эмиттирующих поверхносте й выше 550-6(Ю°С;

при очень малых (микронных) зазорах между эмиттером электронов и вторым электродом- коллектором электронов или в условиях компенсации объемного приповерхностного заряда ионизированным паром собственно охлаждаемого металла, щелочных металлов, лектроположительных ионов любых паров и газов;

при приложении управляющего напряжения между эмиттером и коллектором, которое обеспечивает диапазон воздействия от максимально возможного термоэмИсснонного охлаждения до подогрева в случае реверса тока и превращения коллектора в Эмиттер, а эмиттера в коллектор.

При температуре коллектора 500°С или при превышении температуры эмиттера над температурой коллектора в 400-500°С возможно применение синусоидального тока, так как эффективность теплопередачи в прямом и обратном направлениях будет несоизмерима.В зависимости от задачи возможно импульсное воздействие по заданной программе по частоте и мощности импульсов и их направлений.

По предлагаемому способу за счет инт нсивного теплосъема в микрослоях поверхн(стей расплава инициируются процессы кристаллизации, приводящие к отверждению получ емой металлической заготовки вблизи электрода - изложницы.

Пример. Проводят сравнительную экспериментальную проработку процесса переплавлення диска из молибдена диаметром 10 мм и толщиной I мм на электронно-лучевьй установке вблизи электрода, установленного с зазором 0,2-0,5 мм с подключенным электрическим напряжением (диск- «минус ; электрод - «плюс) В и без него. Параметры режима переплавлеиия в обоих случаях остаются постоянными. При отсутствии электронного охлаждения расплава происходит «проседание диска и замыкание его на электрод. При электронном охлаждении плотность термоэмиссионного тока пары «расплав - электрод составляет 100 А/см в расчете на поверхность расплава. «Проседения диска не происходит.

Использование предлагаемого способа получения изделий из металлов с.температурой плавления не ниже 600°С обеспечивает по сравнению с известными способами с-педующие преимущества:

возможность получения заготовок и изделий щ.ирокой номенклатуры;

обеспечение заданных точных геометрических форм заготовок и размеров изделий;

сохранение структурных характеристик материала изделий;

повышение срока службы изложниц и технологическо оснастки;

получение с применением процессов литья монокристалличёских изделий;

регулирование скорости охлаждения через управление термоэмиссионным током охлаж дения;

обеспечение независимости скорости охлаждения от температуры коллектора, а также возможности увеличения скоростей охлаждения, что принципиально невозможно в известных способах охлаждения вне печи;

обеспечение возможности охлаждения при условиях, когда температура коллектора вЫше температуры эмиттера.

Формула изобретения

Способ получения изделий из материалов с электронной проводимостью, например металлов или полупроводников, путем регулируемого охлаждения материалов, нагретых до 0,2-1,5 температуры плавления, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий и устранения взаимодействия материала изделия с формообразующей стенкой, между формо6бр|взующей стенкой и обрабатываемым материалом прикладывают электрическое напряжение 40-500 В и регулируют процесс формообразования величиной эмиссионного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 206809, кл. F 27 В 14/04, 1963.

2.Авторское свидетельство СССР № 487134, кл. С 21 С 5/56, 1974.