Способ обработки кристаллизующегося сплава ультразвуком

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическнкРеспублик(22) Заявлено 080131 (21) 3237975/22-02 с присоединением заявки МАГосударственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(5 и) спОсОБ ОБРАБОтки кРистАллиАУОЩеГООЯ сплАВА УЛЬТРАЗВУКОМСпособ относится к области ли-.тейного производства и металлургии,в.частности к способам повышенияплотности отливок и слитков с помощью ультразвука..Аатвердевание и кристаллизацияотливки сопровождается уменьшениемее объема и фильтрацией расплава по,капиллярам между Растущими кристаллами. В местах прекращения фильтрации расплава возникают поры. Так образуется очень распространенный порок отливок . - пористость, интенсификация фильтрационного питания отливокпозволяет уменьшить их пористость иувеличить плотность,При обработке расплавов ультразвуком волны оказывают дополнительноедавление на жидкий металл, способствуя Фильтрации его между кристаллами,Известен способ обработки расплавленного металла ультразвуком, заключающийся в том, что расплав обрабатывают ультразвуком при температурена 5-30 оС выше температуры ликвидуса.Однако для этого способа характер-.: на высокая энергоемкость и малая эффективность влияния на уплотнение отливок, обусловленная тем, что обработка расплава ультразвуком производится до начала.процессов усадки ифильтрационного питания отливки.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемой цели является способ ультразвуковой обработки кристаллизующегорасплава путем введения излучателяв его верхнюю часть 21.Сущность способа заключается втом, что в верхней части изложницымежду тидким расплавом и излучателем устанавливают посредством погружения акустический контакт и начинают обработку расплава ультразвуком. Обработку ультразвуком производят дб полного затвердевания слитка.При этом необходимым условием является постоянный контакт излучателяс жидкой фазой и следовательно отсутствие контакта с твердой фазойотливки или слитка до полного затвердевания его основной массы.Основными недостатками известныхспособов является их высокая энерго. емкость и малое влияние на улучшениефильтрационного питания отливок иэ, за небольшой величины ультразвукового давления, что обуславливаетнедостаточное повышение плотностиотливок.20Цель изобретения - повышение качества отливок, в частности их плотности путем интенсификации Фильтрационного питания.,Цель достигается тем, что в способе обработки кристаллизующего сплава ультразвуком, включающем воздействие на кристаллизующийся расплавв направлении силы тяжести ультразвуковыми колебаниями, частоту кото рых настраивают и поддерживают в про цессе кристаллизации в резонансе счастотой собственных колебаний отливки, контакт между отливкой и излучателем устанавливают после образования в отливке по крайней мере 38- 1543 твердой фазы при интенсивностиультразвуковыхколебаний 0,7-7,0 Вт/см 1а затем увеличивают интенсивностьна 1-9 Вт/см на каждые 9,5-10,5прироста количества твердой фазы.Принципиальное отличие данногоспособа повышния пЛотности отливокс помощью ультразвука от известныхзаключается в том, что плотность отливок повышается не за счет эарождения новых центров кристаллизации иизмельчения зерна, а за счет интенсификации фильтрационного питания отливок путем использования новогоявления - ультразвукового капиллярного эффекта, который возбуждается спомощью предлагаемого способа. Величина избыточного давления, действующего на расплав, в десятки и сотнираз превышает обычное ультразвуковоедавление. Это способствует резкомуувеличению скорости фильтрации расплава между растущими кристаллами,улучшению питания отливки и повышению ее плотности.Начало ультразвуковой обработкиотливок совпадает с началом процессаих фильтрационного питания, соответствующего в .зависимости от типа расплава и условий его охлаждения образованию от 35 до 45 тьердой Фазы, 45В этот период течения расплава междукристаллами он не испытывает особыхзатруднений иэ-за высокой пористостии,малого гидравлического сопротивления скелета отливки. Поэтому для ин- .50тенсификации фильтрации достаточнонебольших давлений, создаваемых ульразвуковыми колебаниями 0;7-7 Вт/смВ процессе кристаллизации из-за возрастания количества твердой фазы, 55увеличения неровностей на поверхности кристаллов, образования и переплетения дендритных ветвей второго,третьего и более высоких порядков. уменьшается пористость и резко возрастает гидравлическое сопротивление скелета отливки. В связи с этим значительно затрудняется фильтрацнонное питание затвердевающей отливки, и в конце периода затвердевания для пропитки пор расплавом необходимы более высокие давления,.создаваемые ультразвуком, интенсивность которого повышается на 1,9 Вт/ см на каждые 10 прироста количества твердой фазы. Отмеченные пределы необходимой интенсивности ультразвука обусловлены большим многообразием кристаллического строения эатвердевающих отливок и зависят от физических свойств расплавов.Ниже приводится девять примеров выйолнения предлагаемого способа в сравнении со способом, взятым эа прототип, и способом без ультразвуковой обработки.Проводилась ультразвуковая обработка затвердевающих слитков из бронзы марки БРО 10. Источником колебаний. является генератор УЗТ, оборудованный автоматической настройкой в резонансную частоту. Масса слитков составляет 10 кг, температура замерялась хромель-алюминиевыми термопарами, а регистрация результатов производилась потенциометром. Количество образовавшейся твердой фазы определялась с помощью диаграммы состояния Сцп, в зависимости от температуры слитка.Ультразвуковая обработка слитков производилась после образования 38, 43 и 48 твердой фазы слитка; Для этого между излучателем ультразвуковых колебаний .и кристаллическим скелетом устанавливался механический контакт, Резонансная частота настраивалась автоматически. Обработка производилась в трех режимах, Начальная интенсивность обработки 0,7; 3 и 7 Вт/см. Повышение интенсивности соответственно 1, 4 и .9 Вт/см на каждые 10 вновь образовавшейся твердой фазы. С целью повышения сравнительных результатов в аналогичных условиях производилась заливка и кристаллизация слитков без ультразвуковой обработки и по способу, взятому за прототип. Для определения плотности и прочности бронзы иэ слитков вырезались образцы. Плотность образцов определялась гидростатическим методом, а прочность - стандартным. Результаты испытаний представлены в таблице,.8, 71 32 0-0 18,2 8,82 43 Известный 40 ВНИИПИ Заказ 8811/23 Тираж 852 Подписное филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 Анализ результатов таблицы показывает,. что увеличение интенсивности сверх 7-9 Вт/см(п.З табл.) нерационально иэ-за невысокого увеличения плотности и прочности в сравнении с более низкими интенсивностями. Начало ультразвуковой обработки до образования 38 твердой фазыотливки и после 43 также производить нецелесообразно, так как вэтих случаях (см. пп, 11 и 7) падает плотность и прочность бронзы,т.е, снижается эффективность обработки. Обработкао предлагаемому способу (см. табл. п. 6) повышаетпрьчность бронзы по сравнению с не обработанной (п.10) на 40 ипрототипом,(п. 11) на 12 при одновременном повышении плотности Ябронзы и меньших в 2,5 раза затратахэнергии.Внедрение заявляемого способа.повкоения плотности отливок и слитков позволяет значительно улучшить Икачества их металла и получить только в условиях днепропетровского Юж,машзавода экономический эффект при мерно 195 тыс.рубформула изобретения рСпособ обработки кристаллизующе-гося сплава ультразвуком, включающий воздействие на кристаллиэующийсярасплав в направлении силы тяжестиультразвуковыми колебаниями, частоту которых настраивают и поддерживают в процессе кристаллизации врезонансе с частотой собственных колебаний отливки, о т л и ч а ю щ и йс я ,тем, что, с целью повышения качества отливок,. в частности их плотности, путем интенсификации фильтрационного питания, контакт междуотливкой и излучателем устанавливаютпосле образования в отливке по крайней мере 38-43 твердой фазы при интенсификации ультразвуковых колебаний 0,7-7,0 Вт/см, а затем увеличивают интейсивность на 1-9 Вт/см накаждые 9,5-10,5 прироста количества твердой фазы. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР В 483190, кл, В 22 О 27/02, 1975.2. Теумин И.И. Обработка ультразвуком металлов в процессе кристаллизации. Проблемы металловедения и физики металлов,. М., Металлургиэдат, Труды ЦНИИУМ М 7, 1962, с. 375-416 (прототип).