Способ получения металлическихгранул

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЗЬСТВУ Сфвз СоветскихСоциалистическихРеспублик,(61) Дополнительное к ввт, сеид-ву(22) Заявлено 121079 (21) 2826196/22-02(51)М. Кл. В 22 Г 9/08 с присоединением заявки Йо Государствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и,открытий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ Изобретение относится к порошко вой металлургии, в частности к способам получения гранул иэ расплавленного металла.5Известен способ получения металлических гранул, включающий распыление поступающей из тигля струи расплава направленным потоком инертного газа и охлаждение образующихся частиц металла в процессе их свободного падения и контакта с охлаждающей жидкостью на дне емкости Г 1 .Однако полученные гранулы имеют неравномерный гранулометрический состав. Многие частицы содержат поры, заполненные инертным газом. Интенсивныймассообмен между газом и металлом, происходящий за .счет их высоких от-. носительных скоростей, приводит к окислению поверхности частиц даже при очень малом содержании кислорода в распыливающем газе, что является причиной неспайности по границам гранул в контакте. Такие изделия при испытаниях на длительную прочность оказываются чувствительными к концентраторам напряжений.Известен способ получения металлических гранул, заключающийся в том, что через расплавленный металл, помещенный в вакуум, пропускают газ, например водород, давление паров которого значительно превышает давление паров металла, а затем перепускают его через отверстие в вакуумную камеру. Вследствие падения наружного давления и температуры содержание газа в металле оказывается выше равновесного, в результате чего происходит резкое выделение газа иэ металла с образованием газовых пузырей. Металл распадается на капли. Каждая капля превращается в пленочный пузырь, который как-бы взрывается. И в этих продуктах разрушения может продолжаться газовыделение, если давление оставшегося растворенного газа будет выше суммы давлений наружной газовой фазы и капиллярного давления в капле. В силу резкого увеличения поверхности при распаде струи расплава на капли металл быстро охлаждается и застывает 12 .Поверхность гранул, полученных описанным способом, не содержит окисных пленок, так как способ не требует высоких относительных скоростей газа и металла.Недостаток способа - низкое качество гранул вследствие образования55 бО 65 большого количества полых частиц.Гаэ, находящийся в закрытых порах,не удаляется при вакуумировании идегазации. Это приводит к тому, чтов последующем процесс компактирования не сможет обеспечить получениебеспористой заготовки. Кроме того,такие гранулы вследствие нерегулируемости процесса имеют случайный фракционный состав.Цель изобретения - повышение качества гранул и достижение регулируемости процесса, а также,. созданиевозможности получения сплавов эапределами области взаимной раство-.римости их компонентов.Поставленная цель достигаетсятем, что в известном способе получения металлических гранул, включающем диспергирование расплава пузырями инертного газа и охлаждениепродуктов диспергирования, инертныйгаз пропускают одиночными восходящими пузырями сквозь стационарную ванну расплава,а продукты диспергирования улавливают над поверхностью расплава до их падения в ванну и принудительно отводят в зону охлаждения.При этом улавливание и отвод продуктов диспергирования осуществляютсозданием локального разрежения надзеркалом ванны.Способ осуществляется следующимобразом.Предварительно отрафинированный металл, подлежащий распылению, расплавляют в электропечи, заполненной инертным газом высокой чистоты, напримергелием, аргоном и т.п.Через пористые огнеупорные вставки, вмурованные в донную часть футеровки печи подают инертный газ впузырьковом режиме. В гидромеханикепузырьковым режимом считается такойрежим движения газа в жидкости,прикотором газовые пузыри в процессесвоего. зарождения, роста, всплыванияи выхода из металла сохраняют своюиндивидуальностьДля разных металлов в связи с существенным различием их физическихсвойств оптимальные параметры пузырейразличны, для каждого конкретного металла (или сплава) их определяют заранее эмпирическим путем (например,для железо-углеродистых сплавов глубина всплывания может быть выбрана10 см, а размер пузырей не более1 см).Размер гранул, получающихся в результате разрушения пленки, определяется толщиной этой пленки по формуле8 = 3 Р,где й - размер гранул;Р " толщина разрушающейся пленки.В свою очередь, параметр д" определяется поверхностным натяжениемметалла, а значит для определения сплава - температурой этого сплава.В силу данной закономерности,фракционный состав гранул легко поддаетсярегулированию, его регулируют путемизменения температуры. Так как температурный коэффициент поверхностного натяжения различается для разныхметаллов и сплавов даже по знаку, то3функциональную связь между температурой металла Т и размером гранулд=Г (Т) устанавливают заранее, проводя специальное исследование.Заключительной операцией способаявляется улавливание продуктов диспергирования над поверхностью расплава до их падения в ванну и принуди тельный отвод в зону охлаждения.После разрушения пленки диспергированныечастицы выносятся поверх потокомгаза, который расширяется в результате снятия капиллярного давления послевскрытия пузыря, Чтобы предотвратить возврат частиц в ванну, их отводят из зоны распыления созданиемлокального разрежения над зеркаломванныСкорость потока отводящего газаустанавливают на 5-10 выше скорости витания частиц. При более низкойскорости газового потока некоторыечастицы могут оседать обратно в ванну, так как поле скоростей неравно- ЗО мерно и на отдельных участках скорость потока может оказаться ниже скорости витания наиболее крупных частиц. При очень высокой скорости выдувающего газа ускоряющего процессы 35 массообмена в системе "газ-металл"и гранулы могут окисляться.П р и м е р .Способ осуществляютдля получения порошка железа ПЖ 4 К.Работу проводят на специальной лабора О торной установке. Распыляемый металлготовят в индукционной печи, питающейся от лампового генератора ЛПЗ 67 В.Масса металла 3 кг, Гранулы получаютпутем пропускания инертного газа впузырьковом режиме через пористую 45 пробку, вмурованную в центр доннойчасти магнезитового тигля. Параметрыпузырей следующие: глубина всплывания 100 мм, средний размер 10 мм, Отбор диспергированного металла осу" 5 О ществляют путем отсоса частиц черезалундовую трубу сечением 20 мм. Производительность насоса при этом составляет 20 л/мин. Такая скорость на5 выШе скорости витания наиболее крупных получающихся частиц 1500 мкм) Гранулы,получаемые по предлагаемому способу, имеют совершенную сферическую форму, беэ пор. На поверхности окислов не обнаружено. Насыпная плотность возрастала до 2,7 г/см, т.е. на 18.Полученный порошок в массе имеет более узкий гранулометрический состав и более совершенную форму по сравнению с порошком, распыляемым .831371 Формула изобретения Составитель Г. ЕибовскийРедактор М.Ликович Техред М. Голинка Корректор В.Бутяга Заказ 3726/71 Тираж 869 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.Я/5Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 под действием выделяющегося в ваку уме водорода, количество годных гранул возрастает с 47 до 90.Помимо повышения качества гранул предлагаемый способ обеспечивает регулируемость процесса. Можно легко и быстро регулировать как скорость подачи распыляющего газа, так и тем-. пературу ванны, которая однозначно определяет средний размер частиц: при температуре опыта 1580 С частицы имеют средний размер - 300 мкм.Предлагаемый способ может быть использован при получении особо высококачественного порошка для изготовления деталей ответственного назначения, в целях получения некоторых видов новых сплавов, которые невозможно получить известными методами. 1. Способ получения металлическихгранул, включающий диспергирование с расплава пузырями инертного газа иохлаждение продуктов диспергирования,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения качества гранул,достижения регулируемости процесса иполучения сплавов за пределами области взаимной растворимости их компонентов, инертный газ пропускают одиночными восходящими пузырями сквозьстационарную ванну расплава, а продукты диспергирования улавливают иадповерхностью расплава до их паденияв ванну и принудительно отводят взону охлаждения,2. Способ по п:1, о т л и ч а ю "щ и й с я теи, что улавливание и15 отвод продуктов диспергирования осуществляют созданием локального разрежения над зеркалом ванны.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе7 О 1. Авторское свидетельство СССРв 455801, кл. В 22 0 23/08, 1975.2. Патент США Р 3510546,кл. 264-13, 1970.