Способ получения мелкокристаллической структуры металлов и сплавов

1 11 548369 СПИИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических(51) М. Кл,з В 22 Р 27/00 явкирисоединением Государственный комите Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 3) ПриоритетОпуоликовано 28.02.77. ллетеньа опубликования описания 23.03.7 Авторизобретени. Игнатье 71) Заявител государственныи университ РИСТАЛЛ ИЧЕСКОЙСПЛАВОВ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛК СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ а ат 30 Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано при получении слитков и фасонных отливок с однородным по своему объему мелко- кристаллическим строением. Мелкокристалли; ческая структура обеспечивает повышенные прочностные и пластические свойства изделий. Для получения такой структуры используются различные методы, обеспечивающие ускорение процесса кристаллизации; литье в металлические формы; литье под давлением; встряхивание затвердевающего металла; непрерывную разливку с ускоренным охлаждением металла; электрошлаковый переплав.Известен способ получения слитков с мелко- кристаллической структурой, при котором металл выливают в форму через промекуточное охлаждаемое устройство 1.Известен также способ получения металлов с мелкокристаллической структурой, обеспечивающей 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 достигающей температуры плавления металла, получая, таким образом, массивную деталь или заготовку 2.Основное достоинство этого способа состоит в том, что он обеспечивает протекание процесса затвердевания металла с большой скоростью, что, в свою очередь, приводит и получен 11 ю ыелкокристалл 11 ческой структуры метал ла в гранулах.Однако при таком спосоое необходимо производить операцшо спекания гранул металла при повышенной температуре. Поскольку этот процесс является длительным, в гранулах не пзбежно протекают рекристаллизационныеявления, приводящие к росту зерна и, в конечном счете, к снижению эффективности способа.Цель изобретения состоит в ускорении про цесса кристаллизации жидкого металла безпоследующего рекрпсталлизационного отжига.Эта цель достигается тем, что исходныйжидкий расплав, находящийся под атмосферным давлением и имеющий температуру Т (ТТо, где То температура термодинампческого равновесия жидкой 11 кристаллической фаз при атмосферном давлении), подвергают воздействию разрежения, т. е. растягивают без разрыва жидкости.Прп этом температура фазового равновесияв соответствии с уравнением Клапейрона-Клаузиуса:Редактор Е. Дайч Заказ 35/3 Изд. Ке 238 Тираж 1054 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, К, Раушская наб., 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 где Т - изменение температуры плавления металла,Тв - температура плавления металла, Р - изменение давления,д - полярная теплота плавления,Р - молярный объем металла,а - коэффициент усадки,сдвигается в сторону более низких температур и становится равной То-, причем Те (То, а расплав, находящийся по-прежнему при температуре Т, оказывается перегретым на ХТр=Тв - Тв . В растянутом состоянии жидкий металл охлаждают до температуры ТТ,. При этом расплав остается в термодинамически устойчивом состоянии, т. к. его температура Т во всяком случае не ниже температуры фазового равновесия Т, 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 Т,. Расплав же, охлажденный до температуры Т, становится переохлажденным, т. е. термодинамически неустойчивым, и поэтому быстро кристаллизуется,Способ, например, при кристаллизации расплавленного железа, осуществляют следующим образом. Железо имеет плотность 8 г/смз (для гамма-железа), температуру плавления 5 1539 С; теплоту плавления в ,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, величи ну которого находят, используя приведенныевыше исходные данные, по уравнению Клапейрона-Клаузиуса. Формула изобретения15Способ получения мелкокристаллическойструктуры металлов и сплавов путем переохлаждения расплава, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью ускорения процесса кристаллиза 20 ции, на расплав воздействуют разрежением,при котором его охлаждают до температуры,соответствующей температуре кристаллизациипрп внешнем давлении, после чего давлениеповышают до атмосферного.25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент Франции2031555, кл, В 221 Э27/00, 1970,2. Белов А. Ф. Металлургия гранул - но 30 вый путь повышения качества конструкционных материалов. - Вестник АН СССР,1975,5, с. 74 (прототип).