Способ “махид” для получения слитков из композитных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН и.ЯОо. фа В 22 0 27/02 ОПИОАНИЕ ИЗОБГЕтенияН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( 5фСл -о)ЪВ28,6; ГОСУДЛРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛЛМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 23.08,84, Бюл, У 31 (72) Р.М.Гельфгат, М.З.Соркин, Л .А,Горбунов и А.Э.Микельсон (71) Институт физики АН Латвийской ССР(56) 1. Патент США Р 3505083, кл, 29-149, 1974.2. Беликов И .Т, и др. Технология в космосе, М., "Машиностроение", 1974, с. 292.3. Авторское свидетельство СССР Р 726735, кл . В 22 0 27/02, 1976.(с 4) СПОСОБ "МАХИД" ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ КОМПОЗИТН 1 Х МАТЕРИАЛОВ (57) Спосоо для получения слитков из композитных материалов, включаюший нагрев до температуры выше кри - тической несмешивающихся между собой компонентов, преимущественно металлов, выдержку расплава до однородного распределения компонентов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбу;кдением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равновесия компонентов, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрошения реализации процесса и повышениячастоты слитков, возбуждение электромагнитных сил в расплаве осуществляют наложением бегущего магнитногополя, вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорения свободного падения, а плотность электромагнитных сил в расплаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определяют по ФормУле где Г (В,й) ) - плотность электромагнитных сил в расплаве, ВВ, (а - магнитная индукция и фффффугловая частота бегуще- %УФго магнитного поля, (ло, О, - удельные проводимостикомпонентов расплава,плотности компонентов расплава",величина ус кор ения свободного падения; причем при Г (В, Ж ) ) 0 вектор скорости бегущего магнитного поля совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения, а при Е (В,с) ( 0 укаэанные векторы направлены в противоположные стороны.Изобретение относится к металлургии, и более точно касается способовполучения слитков иэ композитных ,материалов, в частности из несмешивающихся между собой металлов, изгравитационно расслаивающихся компонентов, например слитков из сплавов алюминий-свинец, цинк-свинец иряда других, перспективных для получения антифрикционных материалов, 10используемых для подшипников скольжения в автомобильной, тракторнойи других отраслях промышленности.Такие материалы находят широкоеприменение в разных отраслях промышленности: в электротехнике, реактивной авиации, строительстве, приполучении антифрикционных сплавови т.п.Известен способ получения композитного материала алюминий-свинец ссодержанием свинца 3-26/, согласнокоторому указанную смесь перегреваюгвыше критической температуры дляпредотвращения расслаивания компонентов на два слоя. Для предотвращения испарения свинца из смеси процесс ведут под слоем соленого Флюса.Полученная смесь при помощи си 4 анаизвлекается на охлаждаемую разливоч-,зОную машину, дробящую смесь на каплидля закалки сплава в виде мелких гранулкоторые затем прокатывают влисты Г 11,Однако данный способ не можетобеспечить получение однородного поструктуре слитка беэ промежуточнойоперации - получения гранул.Известен способ получения композитных материалов из несмешивающихсямежду собой компонентов на космических кораблях и орбитальных станциях,согласно которому смешиваемые компоненты перегревают до температурывыше критической и далее подвергаютохлаждению в условиях невесомости 2;1Однако получение композитных материалов в космосе экономически покаеще не оправдано, тем более получип ьтребуемое количество сплава нсвозмо,.;"но. Наиболее близким техническим решением к предложенному является спи . соб получения слитков из композицит - ньцс материалов, включающий нагрев 55 до температуры вьпие критической несмешивающихся между собой материалов, выдержку расплава до однородно. го раствора и последующее его охлаж. дение до полной кристаллизации вэлектромагнитном поле, возбуждающем в металлическом расплаве силы, приводящие к обезвешиванию компонентов друг относительно друга31, Обезвешивание компонентов обеспечивается тем, что на расплав воздействуют скрещенными магнитным и электрическим полями, из которых последнее возбу-. дают путем подачи напряжения наэлектроды опущенные в расплав.Плотность электрического тока врасплав при этом рассчитывается поФормул е,. де Ь - индукция постоянногомагнитного поля;фг 8,б- соответственно удельные веса и удельные проводимости компонентов расплава.Известный способ обеспечиваетполучение мелкодисперсного по структуре сплава иэ несмешивающихся между собой металлов, однако необходимость контактного подвода электрического тока к расплаву вьзывает ряд трудностей при его практической реализации. При контактном подводе электрического тока к расплаву имеет место нестойкость электродов в агрессивной среде, приводящая к загрязнению получаемого слитка, а также к неравномерности контакта.1(роме того, при контактном подводе тока имеет место большое контактноесопротивление между поверхностью электродов и расплавов, приводящее к неоправданно большим энергетическим затратам. Возможно также наруше.:ие контакта между слитком и по;:ерхностью электрода из-эа усацки слитка во время затвердевания рас.лава что снижает надежность извстного способа.Целью изобретения является упрощение реализации процесса, повьпиение его надежности и погьпиение чис" оты полученных слитков,Поставленная цель достигается тем, цто соглас.но способу, включающему нагрев до температуры вьпие критической несмешивающихся между собой компонентов, преимущественно металлов, выдержку расплава до однородного распределения компонен 1109255тов и последующее охлаждение дополной кристаллизации с одновременным возбуждением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равновесия компонентов, воз-буждение электромагнитных сил врасплаве осуществляют наложением бегущего магнитного поля, вектор скорости которого коллинеарен векторуускорения свободного падения, аплотность электромагнитных сил в расплаве (и соответственно магнитнуюиндукцию и угловую частоту) определяют по формуле Ъгде Е(В,Ж ) - плотность электромагнитных сил в расплаве;В и Ы - магнитная индукция иугловая частота бегущего магнитного поля,фвО - удельные плотностикомпонентов расплава;Я, л - плотности компонентоврасплава;- величина ускорения свободного падения,причем при Г(В,(И ) ) 0 вектор скорости бегущего магнитного поля совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения, а приГ(В,(й ) ( О указанные векторы направлены в противоположныв стороны.Сущность предложенного способасостоит в следующей последовательности операций.Готовят смесь компонентов, перегревают ее до температуры выше критической до образования однородного раствора, затем на расплав воздействуют бегущим магнитным полем,после чего охлаждают, не снимаявоздействия бегущего магнитного поля, до полной кристаллизации расплава.При этом величину индукции бегущего магнитного поля и его частотувыбирают такими, чтобы суммарнаяплотность объемных сил (силы веса6 =1, Я и электромагнитной силыГ ОЫ, В,6), направленных коллинеарно силе тяжести были по возможности равны в каждом из компонентов.Здесь= 0,1 - индексы компонентов.Среднюю плотность электромагнитных сил в расплаве выбирают с учетом плотности и удельной проводимости смешиваемых компонентов в диапазоне температур От критической дотемпературы кристаллизации и определяют ее по следчюше зависимости 5 (ьф=Д.гТ;,;где обозначения теже", что и выше.При выполнении указанных соотнс Ошений выпадающие из раствора частицыдисперсного компонента не будутоседать или всплывать в матричномметалле из-за различия в их удельных весах, как это имеет место Обычяо в поле сил тяжести, В данномслучае на каждый из них действуетдополнительная объемная электромагнитная сила такой величины, что кажущиеся удельные веса каждого компо,нента становятся равными друг другу 20 (Ь+Уо" 1, К) и расслоения компонен-"тов не происходит, так как они находятся в безразличном равновесии поотношению друг к другу.Указанная последовательностьопераций обеспечивает равномерноераспределение металла дисперсной фазы в металле - матрице и исключаетрасслаивание компонентов под действием силы тяжести при температурах,меньших критической.Предлагаемый способ слитков изкомпозитных материалов не требуетконтактного подвода электрическоготока к расплаву, поскольку электрог 35 магнитные силы в расплаве возбуждаются бесконтактно, под воздействиембегущего магнитного поля. Физический механизм возбуждения электромагнитных сил в расплаве под дейст вием бегущего магнитного поля заключается в его взаимодействии с индуцираванными в расплаве этим жемагнитным полем электрическими токами.В результате отпадают все перечисленные 45 выше недостатки, присущие известномуспособу,основанному на контактном подводе электрического така к расплаву.В то же время слитки из композитных материалов, полученные предлагаемым индукционным способом, Основанном на использовании бегущегомагнитного поля, характеризуютсямелкодисперсной структурой и высокимв качеством - не худшм, чем качествоСЛИТКОВ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗВЕСТНЫМ КОН -тактным способом,Бесконтактный способ являетсяединственной возможностью полученияслитков из материалов с повышенной)О ОВЯтЯ По ЧиггЯ 55 Ця тегт(3)ке ппеЕ(тяв)гзця ) к" ге тц" цвет)Лат ЯРМОМУ Г;(.ОЬ", П)ОЦСт)Ь кмтоне ьттов,р н и е р В эксперименте ис"г 011 ЬЗУЕ т (,т 0.г.;)ЛЯВ И; ДВУ Т Е)ег т)ЕГ. В тпццкея ттв)КТт С рбсй МЕтяЛЛСВЯЛ 01 ИИв и СВИНЕ)а ) СОТЧЕЕ(ЯтЦЕ 1.) Нес, У ст)иттгтя, Выбор указанных к О ттц 0е 1т 0 в произ в РЕЕ е н с гч е т с м р а 3 - ) т и)ия их меканьтес ких и, с)изит ек Ак 2 т свойств. Позвотятвгтгтт)( Оосител,тц 7 Птос Т от Вт 15 тгтТ) Ь тя 5(ост - т) ЛЕ тгтз -гГ Г Ттт)"; О П Т."ГТ Л ЛГО Г ) (,И Т К Л(Павлене и гологецттзяеи 5 рягт;пио 1 ттхлвя и",)ОНОГ)титс 5; в тиле инду но т Очи) причем предгарттс,ль Р . СЦ С 1 Н1 3 Р Р Г Р Е т) Л Е Т С 5 т т 0 т Р тТТ ЭЬЦР КРИгиЧРСКОй И В)тЕ,ЕВГКИВЯР)т 0 ми . ) тит ь 1 Г Омеецеп в 3 Я 3 орТг,: )гТ ) И 1 С. С 15 0 Г 0 и Ву Кт 0 ) а 6 Е Г уЦРг магнитного поля Вектор скорости)е у его лсагнитцого поля совгадает т:с тл.раг)ению с вектором силь: тттжес тц. Етпцт,ргческий ицдуктор бегутег о маги Сого пс)ля 2 питается трек)Яз)гт током Промывценной частоты С;ТтцейЦой . Т.)КГТВОй тЯГ;.)т.гзк-и0 г.:",мт1, ) т;,-И С гт С(П Ь 3 О г; я ц Ия р а СЕ т Н ) и АКОГ)У Ы т;г",ЦРйттаЯ ТОКСВЯЯ ЦаГ т) УЗКЛ цттттТрт.С С )т О ттНГу Стора )ястТ " Вгэ(3); Я В СоотВЕТСтВИИ С ОРЛУ;ОИ,ЛЦОВКЯ г (7 пглР)Г.т ) )ЯИ ОВ 1 тч ель ; цилиндрический индуктор 2 бет утего магнитного поля с обмот) 1 сой .) Нс)збт 0 кгттегття, Бнгтрецний т)РрГ)о ттагнитньй сердечник 4) расплав ч) =. 9,97 10" кг/м соотвс";ствецно ;. Ясчетное значение гт отости э)(ттстГомг)гцитой СИЛЫ ПЯВНО Г (В, Ъ )0)104)10 в н/мРасчет .Линейной токовой нагрузки цилиндрического индуктора с внутренним серцечником проводится цатее . 0 известць)м Формулам, При этом )ля тока частоты Р = .70 Гц получено Зца .ЕНИЕ П "- 5 10 СЕ /т)г 0)511 ЧР .НОЕГЕОрстлчЕ(.СОР ЗНЛЕНИЕ ЛИНЕои т ( т К 0 Ц 0 й тт т " ) т г 3 К гт 1) 0 тт) Р г) Е Ц О 0 Г Е,г Ггг ЬГМ утем. Д,5 этоО тзмере 0 ."НячениеС Г,) С) Ств г 01 ЦЕИ Ц 1 " ВРРЦЬ й С ЛТ 1103.й и)т(пр в бегуцем матгтном по;те)Ет0-.тгтРНЦО(т ПРИ ЭтоИ опыт Цол5 ЦаЧЕтт ИЕ;Лотт)ОС т Э тт РТТР ОЛтл ГНИ т ЦОИПГЫ ПР 51 ГгтчгЕйЦОй ТОКСВОй ЦЯГРУЗКР 1 цдуктора )( т. 7 10" А/и плотностьюсовпадает с ее теоретичс:ским зцаче - ПНЕМ Г(1 гт), = 0,104 10/МГЯННтЕ :3 нач етия л иц Рйцой тОкОВОЙ ця:р узкиТ:1 ДУ (тона ИС ПО."ЬЗС)ВЯ.ТОС)т:Т 0 ИС;гРЕ,.;г)М ПРРМС ВЕ ПО,) тЧРлтЯ СС)МГ 0 ЗЦ Цг)ГО : л ) еп)5 длл,1 - Р: . Г(рс)асс кристял 5 3;ттг 1 " л Т т."СТ Вг)-"Гг .) 2."Птц СПИР П )1 3 Я НИВКИ Г омов 3 Ц:1 3 ИП )Вг) ЦттстО г.ГТ)1 а ПЛ. ". К .ИС. ГЯЛЛИ Зс 11 01).Ькрсс гпу:стура с)т)тана т с ргстр)каще г сО/а сви )тна (тР 3 в с нис. ЛР Ои 3 301 итг) т; раг:творе азотной кислоты, увеличение : )ОХ) свидетс пьствует об ),.1 ЦОРОД НОС)И СПЛЯТГтга и Эф)СС ) И 13 огИ 1"ТОГО"То;та -О.УЧл,ПИЯ С)ТКОГЛ) КРОСТГтУКТУ.-.Я Сплава С таКИМ ТКЕП") 0,Г Нт ЦЪМ СОЛЕ 7 ТКЛ Ц 1 ЕМ С ЕИ 1 а ПОЛУ -т)(3:Но 0 1) )15 к).Гл)лиза т,ст в скре,г гзт) Тк )го "г ццтк 7 1"ктр итекот ", Ц)тт;ОМ ПО,ЯХ П;КонтактОМ Цодгт., лтт Р( Г,) т)1(а ) Г т П )Етт)Ка "Ь 5"5 )ТО )Я 1 ЕС 50 тТ)г 1;1,09255 аж 775 Подписное аэ 5980 9 ППП фПатеит", г. Ужгород, ул.Проектная,4 ходимость в обеспечении герметичнос-ти узла ввода электродов в металл,в принятии мер, ликвидирующих разьедание и расплавление электродов,в применении сложных компенсаторов,обеспечивающих постоянный контактэлектродов с расплавом при его эатвердевании и т.п,ИАХИД - это словесный товарныйзнак, зарегистрированный на имяинститута физики АН Латвийской ССР,Композиционные материалы, полученные предлагаемым способом, превосходят существующие антифрикционные сплавы на основе алюминия и олова по механическим и фрикционным характеристикам и одновременно значительно дешевле и менее дефицитны. Однако использование их в народном хозяйстве сдерживается отсутствием надежных и дешевых технологий, обес печивающих требуемое распределение мелкодисперсных частиц свинца в алюминии. Способ позволяет реализовать простую технологию получения таких материалов с надежным обеспечением 5 требуемого качества структуры слитков, Указанный способ может быть легко реализован по известным схемам установок непрерывной разливки металлов, 10 что обеспечивает его высокую производительность, не уступающую применяющейся сегодня на сплавах системам алюминий-олово.При этом замена существующих ан тифрикционных сплавов марок АО наалюминиево-свинцовистые дает экономический эффект, превышающий5 млн, руб., и приводит к резкому снижению потребления остродефицит ного олова, улучшению качества под-шипников скольжения и увеличению .срока службы автотракторных двИгателеи.