Способ получения слитков Советский патент 1980 года по МПК B22D11/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении слитков путем послойного наращивания металла. Известен способ получения заготовок , в котором используется прием послойного наращивания корки Щ . Недостатком этого способа являетс возникновение границ между намораживаемыми слоями металла, в которых собираются различного рода загрязнения, приходящие из разливаемого мета ла в виде ликвирующих эле «1ентов : серы, фосфора и других, а также загрязнения, попадающие с повархности прессующего инструмента. Известен также способ разливки металлов,заключающийсяГ в том, чтрг перед намораживанием последующего слоя на поверхность слитка подают поток жидкого металла и оплавляют им слой металла ранее намороженной корки 2 . Недостатком указанного способа яв ляется затруднительность поддержания рабочей поверхности инструмента/ сво бодной от скардовин, затрудняющих фо мирование слитка хорошего качества. Цель изобретения - исключение ликвации и получение слитков с однород- ной мелкозернистой структурой металла по всему сечению и лишенных ликвацель достигается тем, что послойное наращивание слитка производят из раздробленных и охлгшденных до твердожидкого состояния чистиц металла, при этом после наращивания каждого слоя его поверхность обдувают нейтральным газом до полного затвердения. Способ поясняется чертежом. Из емкости 1 жидкий металл подается по металлопроводу 2 за счет эжектирования его инертным газом, подавае ым по трубке 3. В эжекторе 4, изготовленном, например, из огнеупорного материала, металл дробится на мелкие капельки заданной фракции и выбрасывается факелом 5 также с заданным углом раскрытия, в частности в зависимости от необходимой величины напыляемой площади. Факел 5 замкнут в охлаждаемом кожухе 6, который отводит тепло излучения факела. Факел 5, состоящий из мелких капелек металла, достигает в начале поверхности затравки 7, а затем и слитка 8 по мере его нараадивания и вытягивания в охлаждаемый кристаллизатс э 9. Перед.входом факела в кристаллизатор его формируют коллиматором (на чертеже не показан), после чего факел точки вписьшается в профиль слитка, К моменту достижения тор ца слитка 8 капельки оказываются охлажденными инертным газом, который, уходя через отверстие в кожухе G, .уносит тепло, а также за счет тепла излучения, уносимлм охлайсителем, циркулирующим в кожухе б. Оба из указанных путей отвода тепла регулируются для достижения необходимого теплоотбора от капель металла. В этих случаях от металла может отбираться тепло его перегрева, а также часть или полностью скрытая теплота кристаллизации. Таким образом, частицы метешла, разогнанные газом до необходимой скорости, достигающей сверхзвуковой, свариваются в плотный, монолит,, Последующий теплоот.бор от него протекает в кристаллизаторе. Формирование слитка по предлагаемому способу протекает в условиях полного:- подавления ликвационных, процессов с равномерно распределенной мелкозернистой структурой литого металла.

Угол раздвига напыляющий струи газа регулируется в широких пределах (от 45 до 5°) . Благодаря высокой скорости полета капель длина факела может достигать трех метров, сохраняя при этом достаточную кинетическую энергию. Эти два обстоятельства об спечивают получение металлических деталей напылением сложной конфигурации с абсолютно равномерной однородной литой структурой без усадочных раковин и без остатков металла на литнике.

В качестве нейтрального газа применяют аргон, азот. В отдельных случаях применяют обычный воздух, например, при получении отдельных отливок из чугуна.

Наращивание осуществляют на нижние поверхности, а также на верхние (потолочные) и боковые поверхности слитков

При получении слитков из некоторых металлов и сплавов, например высокотеплопроводных, факел охлаждают ограниченно или даже подогревают, применяя, в частности , отражающие . тепло поверхности. Это позволяет вы равнить температуру по сечению факела, а внешние его слои оказываются при этом достаточно горячими и при входе В форму обеспечивают получение поверхности слитка высокого качества.

Прб5 щоженный способ получения слитков реализуется следующим образом

При получении слитка из углеродистой стали, имеющей температуру ликвидуса 1520°С, а солидуса , металл, перегретый до температуры выше ликвидуса на подают из емкости

1 по металлопроводу 2 инертным газом в эжектор 4. Нейтральный газ (азот или аргон) подаётся со скоростью, достигающей и превосходящей звуковую скорость (сотни метров в секунду). В эжекторе струя металла регулируется-. При этом создается кучность факела с четко выраженными границами, а также регулируется размер получаелых частиц распыляемого металла. Форму устанавливают на.определенном расстоянии от эжектора, в зависимости от того, в каком температурном состоянии осуществляется формирование поверхностных слоев на торце слитка. Предельные значения этого расстояния определяются из следующих данных.

Известно, что при распылении жидкого металла удается получать размер частиц диаметром 0,05 м.

Имеются сведения о получении более тонких порошков размером от 0,1 до 0,001 мм. При этом скорость их охлаждения достигает 10 - 10®град/с

Принимая среднюю скорость движения распыленных частиц 300 м/с и среднюю скорость охлаждения частиц 10 град/с, определяется снижение тем.пературы факела частиц.

ДЛЯ формирования поверхностных слоев торца слитка при температурс1Х в твердожидком состоянии дно формы необходимо устанавливать в пределах 1 метра от эжектора. При этом отбирается перегрев стали и часть скрытой теплоты кристаллизации.

В соответствии с приведенным расчетом уже на расстоянии 1 м от эжектора отбирается практически вся скрытая теплота кристаллизации (так как охлаждение на З30с практически равноценно снятию величины скрытой теплоты кристаллизации стали).

Таким образом, в пределах 1 м от эжектора можно намораживать слои металла с различной степенью отбора скрытой теплоты кристаллизации. Точное расстояние устанавливается опытным путем. Для сохранения идентичности условий формирования слитка по мере наращивания толщины слоев слитка форму опускают с тем, чтобы торец слитка находился на заданном постоянном расстоянии :

Для достижения послойного наращивания слитка из раздробленных и охлажденных до твердо-жидкого состояния частиц металла форму перемещают в горизонтальном направлении.Для этого факел брызг подает на дно формы к одн из ее кромок. При этом площадь факела занимает от 1/2 до 1/10 площади поперечного сечения формы (кристаллизатора) . Причем с момента подачи факела брызг форма горизонтально движется, пока кромка факела не достигнет противоположной стенки формы,. После., этого форма меняет свое направление,и,таким образом,форма движется циклично с определенной скоростью,а последователь но за движением факела металла следует факел нейтрального газа, направ ленный на поверхность только что нане сенного слоя с целью его охлаждения. При каждом цикле на торце слитка нара гцивается слой твердого металла. В связи с этим форму опускают вниз в соответствии со скоростью наращива ния слоев металла на торце слитка и после охлаждения слитка его извлекают из формы кристаллизатора. Видоизменением способа является создание слоев из частиц с полностью снятой скрытой теплотой кристаллизации и имеющих температуру вплоть до значений, применяемых при обычной пластической деформации стадии (12001250°С), В зтом случае расстояние зо ны охлаждения факела увеличивается и находится в пределах 1-3 метров от эжектора. Эта зона устанавливается опытным путем. Расчеты показывают, что при температурах твердых частиц стали от самых -высоких до 1200-1250° давления, создаваемое летящими части цами, являются достаточными для плас тической деформации и получения плот ной заготовки или слитка из только что затвердевших частиц. Этот путь создания слитка полностью исключает всякое нежелательное перераспределение ликвации за пределами одной частицы. Видоизменение осуществления спосо ба послойного наращивания слитка сос тоит также в том, что факел металла перемещают по торцу слитка, а за факелом следует охлаждаемая струя нейт рального газа. Видоизменением способа является также то, что с целью получения биметаллической отливки, наращивание ее осуществляют двумя факелами, разбрызгивающими по очереди металла раз личных составов . При создании достаточно мощных фвелов металла предлагаемым способом зготавливёшзт крупные металлические зделия сложной . Особо успещно данным способом наащиваются трубные заготовки. При этом ее наращивание осуществляют с торца одним или несколькими акелами, например, при вращении заотовок вокруг ее оси с обдуванием нейтральным газом участков мажду факелами, Предлагаелий способ особо ; полезен при изготовлении слитков и отливок из труднодеформируеких металлов, инструментальных сталей вольфрама, молибдена, их сплавов, легких металлов их сплавов, чугуна и его:сплавов. Способ позволяет получать готовые детали с минимальной механической обработкой или с полным ее исключением. Формула изобретения Способ получения слитков, включающий послойное его наращивание, отличающийся тем, что, с целью исключения ликвадии и получения однородной мелкозернистой структуры по всему сечению слитка, послойное наращивание слитка производят из раздробленных и охлажденных до твердожидкого состояния частиц метгшла, при этом после наращивания каждого слоя его поверхность обдувают нейтральным газом до полного затвердевания, И-сточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство;СССР № 231070, кл. В 22 D 11/00, 1964. 2.Авторское свидетельство СССР № 475115, кл. В 22 D 11/00, 1971 (прототип) .