Приспособление для отбора и быстрого замораживания проб жидкого металла

СОЮЗ СОВЕТСКИХОСЦМащаеснииРЕСПУБЛИК,Эа) .В 22 3 Ъ 2 00 Я 01 й 1 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьяь.- н(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургическийинститут им. Л.И. Брежнева(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 429307, кл. С, О 1 М 1/10, 1973.2. Патент Франции 91582208,(54)(57) ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОТБОРАИ БЫСТРОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПРОБ ЖИДКОГО,МЕТАЛЛА, включающее ампулу из кварце,вого стекла с двумя пережимами, имею-щую с одного конца соединительный,а с другого легкоплавкий наконечники,и цилиндрический холодильник, расположенный между пережимами, о т л ич а ю щ е е с я тем,что,сцельюувеличениячувствительнос путем повышенияоднородности закалочной структуры, наторцах холодильника выполнены лежащие вовзаимно перпендикулярных плоскостях пазы глубиной 0,55-0,6 высоты холодильникаи шириной 0,05-0,3 его диаметраИзобретение относится к литейному производству, а более конкретно к устройствам и приспособлениям для отбора проб жидкого металла и их замораживания. 5Известно устройство для отбора проб расплавленного металла, включающее ампулу,из кварцевого стекла с пережимом, разделяющим ампулу на две камеры, в верхней камере выполнено 10 отверстие, закрытое медной фольгой, а в нижней расположен медный холодильник, ампула крепится на держателеОсновным недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает высоких скоростей эатвердевания и охлаждения образцов, в результате чего в пробе проявляются различные структуры, от закалочных до равновесных. Поэтому данное устройство не дает жела" 2 ф еиых результатов при отборе закалоч" ных проб из сплавов чувствительных к скоростям охлаждения, например иэ чугуна.2Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому, результату является приспособление для отбора и быстрого замораживания проб включающее ампулу из кварцевого 30 стекла с двумя пережимами, имеющую с одного конца соединительный, а с другого легкоплавкий наконечники и цилиндрический холодильник, расположенный между пережимаии. Из аипу- д 5 лы откачки воздуха при погружении ее в жидкий металл легкоплавкий наконечник расплавляется, и металл вдав" яивается атмосферным давлением в ампуду .2).4 фЙедостатком известного приспособления является то, что отбираеиые с его помощью закалочные пробы имеют дифференцированную структуру. Первые порции жидкого металла, соприкасаясь с нижней торцовой поверхностью цилиндра-холодильника, кристаллизуются с наибольшей скоростью. Кристаллизация последующих порций металла протекает с меньшей скоростью, постепенно уменьО шающейся в направлении массы жидкого металла. Дифференцированная структура пробы приводит к неизбежным субьективным ошибкам при металлографическом анализе, поскольку исследователю при ходится решать (с учетом имеющегося опыта работы), где находится граница между закалочной структурой н структурой металла, закристаллнзовавшего" ся с относительно малыми скоростями. Погрешности анализа (например, при исследовании избирательной кристаллизации фаэ) могут быть столь велики, что приводят к ошибочным выводам. Последнее обстоятельство отчетливо проявляется при исследовании ускорен" ной кристаллизации модифицированных и немодифицированных чугунов.Целью изобретения является увели" чение чувствительности путем повышения однородности закалочной структу" рыПоставленная цель достигается тем, что в приспособлении, включающем ампулу из кварцевого стекла с двумя пере" жимами, имеющую с одного конца соединительный, а с другого легкоплавкий наконечники и цилиндрический холодильник, расположенный между пережийаии, на торцах холодильника выполнены лежащие во взаимно перпендикулярных плоскостях пазы глубиной 0,55-0,6 высоты холодильника и шириной 0,05-0,3 его диаметра.На фиг.1 представлено приспособление для отбора и быстрого замораживания проб, продольное сечение, на фиг.2 - цилиндрический холодильник, аксонометрическая проекция.Приспособление состоит из ампулы 1 кварцевого стекла, запаянной под вакуумом в зоне 2, Нижний конец ампулы снабжен легкоплавким наконечником 3 из стекла пирекс. Пережииы 4 и 5 разделяют ампулы на нижнюю б и верхнюю 7 камеры. Камера 7 сверху . переходит в соединительный наконечник 8, служащий для откачки воздуха из ампулы перед ее запайкой в зовет 2 и крепления ампулы к держателю. Цилиндрхолодильник 9 размещен в средней камере 10, образованной пережимами 4 и 5. Цилиндрический холодильник имеет длину Н, диаметр Я длину прорезей , ширину прорезей ЬР прорези ориентированны друг к другу под углом о.Приспособление работает следующим образом.Ампулу 1 погружают в перегретый расплав металла, При этом легкоплавкий колпачок 3 расплавляется, обеспечивая проникновение металла в нижнюю камеру 6 и далее в пазы цилиндра" холодильника 9. Величина зазора между стенками ампулы и холодильником3 10933 на порядок меньше толщины пазов и жидкотекучесть расплава является недостаточной для проникновения его в зазор. В результате ускоренного теплоотвода в углу, образованном стенкой ампулы и торцовой частью цилиндра- холодильника, расплав у входа в кольцевой зазор практически мгновенно затвердевает и герметиэирует его, а оставшаяся часть расплава заполняет 10 полость пазов, Жидкий металл, нахо" дясь в контакте с половинками цилиндра-холодильника, лежащими по обе стороны пазов, кристаллизуется практически мгновенно вследствие несоизмеримости масс жидкого металла и половинок холодильника, а также вследствие суммирования скоростей продвижения фронтов кристаллизации от поверхностей пазов навстречу друг 20 другу. Важной при этом является ши-. рина выполняемых пазов. При ширине паза менее 0,05 диаметра цилиндра- холодильника проникновение жидкого металла в него затруднено из-за 25 быстрой кристаллизации. Иеталл крис. таллизуется быстрее, чем заполняет все пространство в пазах, пробы получаются нецельными. При ширине пазов более 0,3 диаметра цилиндра-холодильника начинает проявляться неравномерность кристаллизации исследуемого металла в поперечном сечении проб, Например, в осевой зоне дисперсность структурных составляющих сни 35 кается.Глубина пазов выполнена таким образом, чтобы жидкий металл мог про.никать из первого (по ходу заполнения) паза во второй. При этом глуби на пазов менее 0,55 длины цилиндра- холодильника не обеспечивает достаточную их сообщаемость. Увеличение же глубины пазов сверх 0,6 длины цилиндра-холодильника приводит к теп 45 ловому взаимодействию проб в зоне соединения пазов. В результате здесь проявляются структуры с меньшей дисперсностью структурных составляющих, чем у основной массы проб. Аналогич 50 86 4ный эффект наблюдается, сслп пазы выполнять в плоскостях, отличных от ввзаимно перпендикулярных, т.е. выпал"ненных пересекающимися не под угломс 490 , В этом случае существенно увеличивается площадь контакта двухпроб и, следовательно, их тепловоевзаимодействие, Два плоских образцаметалла, затвердевшего во взаимноперпендикулярных пазах цилиндрахолодильника, в результате усадки металла в твердом состоянии отделяются от стенок пазов и легко извлекаются иэ них, например, лабораторньвпинцетом,П р и м е р. В идентичных условиях проведены сравнительные испытания предлагаемого и известного приспособлений.Отбирают пробы модифицированногочугуна следующего состава,7.: 4,6 С;2,6951; 0,27 Мь, 0,15 5, 0,023 Р,0,07.М, 0,96 й 1 . Чугун плавят и перегревают в Индукционной печи до1500 С. Приспособления с холодильниками, изготовленными из меди с пазами различных размеров и без них, термостатируют при 18 С в течение 6 ч,а затем используют для отбора закалочных проб. Из отобранных проб изготавливают металлографические шлифы,которые исследуют на микроскопе ИИЙ-Цпри увеличении х 500 в 50 полях зренияна каждом шлифе. Оценивают однородность структуры пробы и ее соответствие эакалочной структуре. Пробу с"достоверной" эакалочной структуройполучают путем закалки из жидкогосостояния мелкой ( 1,0 мм) капли ис-,следуемого чугуна в воде. Однородность структуры пробы оценивают(в Х) по площади, занятой на шлифезакалочной структурой. Соответствиепробы закалочной структуре оцениваютпо отношению средних размеров шаровидного графита в "достоверной" закалочиой пробе и его средним размерамв исследуемых пробах.Результаты эксперимента приведены в таблйце,ЮлО ол О л ф сЧ со еЭ 1 Ф Н 1 В л О 1 О соКак видно из таблицы все полученные с помощью холодильника с прорезями пробы отличаются от проб, отобран-. ных известным приспособлением, более высокой степенью однородности 5 структуры (соответственно 62,5"100 Х и 60,4 Х) и большим соответствием закалочной структуре (соответственно0,72-1,0 и 0,67). При этом,однако различные размеры пазов дают неодинаковые результаты. Так при выполнении пазов в плоскостях, отличных от взаимно перпендикулярных (графы .3-6 о;-75 (105 ) отчетливо проявляется тепловое взаимовлияние проб. В частности, однородность структу" ры не превышает 86,67., а соответствие закалочной структуры незначительно для данных исследований и находится в пределах 0,72-0,99.Причем верхний предел соответствует малым значениям ширины паза Ъ (строки 1-4 (0,03-0,3)Р , а при ширине пазов более О,ЭР соответствие закалочной структуре не превышает 0,76.При выполнении пазов во взаимно- перпендикулярных плоскостях однородность структуры проб увеличивается, Минимальное ее значение возрастает до 83,3 Ж при ширине паза более 0,3. В остальных случаях однородность структуры еще выше и колеблется в пределах 92,2-1003, Ширина паза оказывает существенное влияние и на 35 дисперсность графита, Так, если при выбранных пределах ширины паза (0,05- 0,3)3) соответствие закалочной структуре составляет 0,99-1,0, то при,1=0,35 Р соответствие эакалочной структуре резко снижается до 0,81-0,84.Особо следует отметить результаты экспериментов, в которых используют цилиндры-холодильники с шириной паза меньшей 0,05 Р (строка 1) и глубиной паза меньшей 0,55 Н (графы 3 и 7). В этих экспериментах несмотря на относительно большие значения однородности структуры проб и высокое соответствие эакалочной структуре, результаты нельзя признать удовлетворительными, так как получают либо одну пробу, либо две, но не цельные. При этом количество анализируемых полей зрения на каждом шлифе приходится уменьшать до 27-22 и даже 15, что отрицательно влияет на точность исследований.Увеличение глубины паза сверх 0,6 Н также отрицательно влияет на оцениваемые, показатели. Ио всех случаях при Ф =0,65 Н однородность структуры снижается и, главным образом, при больших значениях толщины паза.На основании результатов экспериментов выбраны параметры пазов холодильника. Предлагаемое приспособление для отбора и быстрого замораживания проб позволит повысить точность иссле" дований, проводимых с целью совершенствования составов модифицированных и иемодифицированных сплавов, применяемых при отливке деталей ответственного назначения."Патент Фили Ухгород, Зл. Проектная Заказ 3342/6 Тирак 775 ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,. Ж, Раувская наб.,