Способ "махид" для получения слитков из композитных материалов

 

Снособ для по;гучения слитков из композитных материалов, включающий нагрев до температуры выше критической несмешивающихся между собой компонентов, преимущественно металлов , выдержку расплава п.о однородного распредечения компонентов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбу-.кдением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равновесия компонентов, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения реализации процесса и повышения частоты слитков, возбуждение электромагнитных сил в расплаве осутцествляют наложением бегущего магнитного поля, вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорения свободного падения, а плотность электромагнитных сил в расплаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определяют по формуле J(B,a))% М л /ч, . /А. 2(,ЧГ, где f (В,1Е) ) - плотность электромагО (9 нитных сил в расплаве, В, (и) магнитная индукция и угловая частота бегущего магнитного поля; Ч«удельные проводимости компонентов расплава, fo, f. 9 плотности компонентов расплава; величина ускорения свободного падения, причем при f (В,Се)) О векуор ско- . рости бегущего магнитного поля совпадает по направлению с вектором ГО ускорения свободного падения, а при сл f (B,cjji) - О указанные векторы направлены в противоположные стороны.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

no SU он у В 22 0 27/02

/ описания изоьгЕткния I, Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g (+ ф (л о)

1 ъВ

2G, Ä;

ГОСУДЛРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛЛМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 293 155 1/22-02 (22) 18.06.80 (46) 23.08.84. Бюл. У 31 (72) III.М.Гельфгат, M.3.Соркин, Л .А.Ãîðáóíîâ и А.Э.Микельсон (71) Институт физики АН Латвийской CCP (53) 6?1.746.58 (088.8) (56) 1. Патент CIIIA > - 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 D 27/02, 1976. (54) СПОСОБ МАХИД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

СЛИТКОВ ИЗ КОМПОЗИТН1>!Х МАТЕРИАЛОВ (57) Спосоо для получения слитков из композитных материалов, включаю— щий нагрев до температуры выше кри— тической несмешива.ащихся между собой компонентов, преимущественно металлов, выдержку расплава до однородного распре, å.- ения компонентов и по— следующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбу,кдением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равнове— сия компонентов, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения реализации процесса и повышения частоты слитков, возбуждение электромагнитных сил в расплаве осуществляют наложением бегущего магнитного поля, 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 f(B,é) ) — плотность электромагнитных сил в расплаве, В

В, ц — магнитная индукция и ур угловая частота бегущего магнитного поля, (/\ с,, 0 — удельные пр о водимости компонентов расплава, — плотности компонентов расплава; величина ускорения свободного падения; причем при f (В,w ) > 0 вектор скорости бегущего магнитного поля совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения, а при (В,(4 ) (0 укаэанные векторы направлены в противоположные стороны. 109255

Изобретение относится к металлургии, и более точно касается способов получения слитков иэ композитных, материалов, в частности из несмешивающихся между собой металлов, из гравитационно расслаивающихся компонентов, например слитков из сплавов алюминий-свинец, цинк-свинец и ряда других, перспективных для полу-чения антифрикционных материалов, 10 используемых для подшипников скольжения в автомобильной, тракторной и других отраслях промышленности.

Такие материалы находят широкое применение в разных отраслях промышленности: в электротехнике, реактивной авиации, строительстве, при получении антифрикционных сплавов и т.п.

Известен способ получения компо- 211 зитного материала алюминий-свинец с содержанием свинца 3-26/, согласно которому указанную смесь перегреваюг выше критической температуры для предотвращения расслаивания компо- 2S нентов на два слоя. Для предотвращения испарения свинца из смеси процесс ведут под слоем соленого флюса.

Полученная смесь при помощи сифона извлекается на охлаждаемую разливоч-,30 ную машину, дробящую смесь на капли для закалки сплава в виде мелких гранул „ которые затем прокатывают в листы Е13.

Однако данный способ не может обеспечить получение однородного rro структуре слитка беэ промежуточной операции — получения гранул.

Известен способ получения композитных материалов из несмешивающихся между собой компонентов на космичес-ких кораблях и орбитальных станциях,. согласно которому смешиваемые компоненты перегревают до температуры выше критической и далее подвергают охлаждению в условиях невесомости 2:1„

Однако получение композитных материалов в космосе экономически пока еще не оправдано, тем более получип ь требуемое количество сплава нсвозмо,.;-. но.

Наиболее близким техническим рсшением к предложенному является спо-соб получения слитков из композицит—

Hbgk материалов, включающий нагрев Ы до температуры выше критической несмешивающихся между собой материалов, выдержку расплава до однородного раствора и последующее его охлаждение до полной кристаллизации в электромагнитном поле, возбуждающем в металлическом расплаве силы, приводящие к обезвешиванию компонентов друг относительно друга t 3J. Обезвешивание компонентов обеспечивается тем, что на расплав воздействуют скрещенными магнитным и электрическим полями, из которых последнее возбуж-. дают путем подачи напряжения на электроды„ опущенные в расплав.

Плотность электрического тока в расплав при этом рассчитывается по формул е,. де 8 — индукция постоянного магнитного поля;

11 P,Bj б - соответственно удельные веса и удельные проводимости компонентов расплава.

Известный способ обеспечивает получение мелкодисперсного по структуре сплава иэ несмешивающихся между собой металлов, однако необходимость контактного подвода электрического тока к расплаву вь|зывает 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 контактное сопротивление между поверхностью электродов и расплавов, приводящее к неоправданно большим энергетическим затратам. Возможно также наруше:-".:ие контакта между слитком и по;-:е".хностью электрода из-эа усадки слитка во время затвердевания раслава„ что снижает надежность изв<..стного способа.

Целью изобретения является упрощение реализации процесса, повьппение его надежности и повьпиение чис"оты полученных слитков, Поставленная цель достигается тем, что соглас.но способу, включающему нагрев до температуры вьппе критической несмешивающихся между собой компонентов, преимущественно металлов, выдержку расплава до однородного распределения компонен 1 109255 тов и последующее охлаждение до полной кристаллизации с одновременным возбуждением в расплаве электромагнитных сил для создания безразличного равновесия компонентов, воз- буждение электромагнитных сил в расплаве осуществляют наложением бегущего магнитного поля, вектор скорости которого коллинеарен вектору ускорения свободного падения, а плотность электромагнитных сил в рас плаве (и соответственно магнитную индукцию и угловую частоту) определяют по формуле

Ъ где f(B,Æ ) — плотность электромагнитных сил в расплаве, В и Ы вЂ” магнитная индукция и угловая частота бегущего магнитного поля, 018 — удельные плотности компонентов расплава, Я„ Ял — плотности компонентов расплава;

Я вЂ” величина ускорения свободного падения, причем при f (В,(И ) ) 0 вектор скорости бегущего магнитного поля совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения, а при

f (B,(é ) (0 указанные векторы направлены в противоположныв стороны.

Сущность предложенного способа состоит 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 снимая воздействия бегущего магнитного поля, до полной кристаллизации расплава.

При этом величину индукции бегущего магнитного поля и его частоту выбирают такими, чтобы суммарная плотность объемных сил (силы веса

8 = 1. g и электромагнитной силы и ((8, В,6 ), направленных коллинеарно силе тяжести были по возможности равны в каждом из компонентов.

Здесь i = О, 1 — индексы компонентов.

Среднюю плотность электромагнитных сил в расплаве выбирают с учетом плотности и удельной проводимости смешиваемых компонентов в диапазоне температур От критической до температуры кристаллизации и определяют ее по следчюше зависимости

5 л а

ЯгГ,;л; где обозначения те же", что и выше.

При выполнении указанных соотнс39шений выпадающие из раствора частицы дисперсного компонента не будут оседать или всплывать в матричном металле из-за различия в их удельных весах, как это имеет место обыч15 яо в поле сил тяжести. В данном случае на каждый из них действует дополнительная объемная электромагнитная сила такой величины, что кажущиеся удельные веса каждого компо.нента становятся равными друг другу (ф,л-У, " tl, ГЛ) И РаССЛОЕНИЯ КОМПОНЕНтов не происходит, так как они находятся в безразличном равновесии по отношению друг к другу.

Указанная последовательность операций обеспечивает равномерное распределение металла дисперсной фазы в металле — матрице и исключает расслаивание компонентов под действием силы тяжести при температурах, меньших критической.

Предлагаемый способ слитков из композитных материалов не требует контактного подвода электрического тока к расплаву, поскольку электрог

35 магнитные силы в расплаве возбуждаются бесконтактно, под воздействием бегущего магнитного поля. Физический механизм возбуждения электромагнитных сил в расплаве под дейст40 вием бегущего магнитного поля заключается в его взаимодействии с индуцираванными в расплаве этим же магнитным полем электрическими токами.

В результате отпадают все перечисленные

45 выше недостатки, присущие известному способу,основанному на контактном подводе электрического така к расплаву.

В то же время слитки из композитных материалов, полученные предлагаемым индукционным способом, Основанном на использовании бегущего магнитного поля, характеризуются мелкодисперсной структурой и высоким л качеством — не худпа<м, чем качество

СЛИТКОВ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗВЕСТНЫМ KOH— тактным способом.

Бесконтактный способ является единственной возможностью получения слитков из материалов с повышенной а т-ОЕССПВНОСТЬЮ> h ТЯКж<3 .4(12РИЯ ""("т;20 ОВЯ;-; -;я !(0 С>И(- С, «- ..«-: а Бс..., 1Ie черт eже i!021<с TBBJи->>0 11 В 2!! Яг я 2гтот<у i. и!эс <)Ь .„ fp c>(! P

К;>, (ОНЕ НТОВ .

1 р н и е р, В эксперименте ис-т. 0.<т —,3У2 Г(Я -,, С<(,(тЯБ ИЭ,>ЦБУ;< т>ЕС(я<юп(т!. <с"между :собой металлов алюминия Е; свинца ) сОде)эжя(цит!

j Э )3PC., C II(T Hïñ, <5Ь:-00Р "«т<кс(ЗB?i НЬП<

К О (с(П О Н 2 I! Т ОБ i l P OH 3 B el(e Н С 1Ч iie Т СМ Р а Ç

< ,1(снтн И-К М2КЯ НИЧ 22 Кт(Х И, ОРИ! 3:.(с! 2 КитС 301(с! Б . Г> ОЗНОБ!Яlа(тик О < НОСИТ ЕЛ! и Э (((> ОГ т ВЬIЯ Бlтт Ь МИКО О и !CK!B .. . Г У.

"г 1() \ ",, О,((<."Ч(! «(ОГ ) С. <ИТ 1 Я

Главление и гомогени3= е(ия ряс" т(пио 1-(тт> Я в Я TTP О В C)>IV>. TС j< 13 "! 51 т < 2 т> ПД У, (-тс>:= I !2÷è > причем п(редгтар(.! I с ль

j3C Cii ii lB .теР>ет Рс т>аеТСЯ "О TPI<р,(>-;;-» «с -„0«и - » ержнв те

< 0 ""05:H"<И < <) IÇHTPJ>BHO т)сlТ Ph!

1":. Я

;;-.: ...:,=.:т:(ИB;;1,-15 T) яс:l!J ая

i: !Зц 1(5! Г (i:-.. с<)((!ПЕ()(П(-:2CKÎ<«! Г!РЯС(>И

l i! <.Jl i= < L >З»УТ Г> 2::П(1!!с. < I)T(i«Ieть< "" НMек>< пlм B н <тр 2 гний

=Ч(ЛС

i.!i)! iт(Г(:>ИЧ С С KЛI О il!U \ уКТ Ора . 6 (11 у)ЦЕ

; С МЯ ГПИ TПОГО ПОЛЯ,. Нектс>Р СK<)POCTEI с>2! У>(IQ1 O МЯГHHTHOPÎ ПСЛЯ СОВГ(ЯДает

Г;С т!Я .;PBTJJ!2HHIÎ С ВЕКТОРОМ СИЛЬ тнжеС-ТП, I, ->ИПДРИЧЕСКИй ИНДУКтОР беГУЩ:-.г о магнитного паля 2 питilcTcB TðeK— фяз)(»т>! током промыптленной частоты

;т« ICЗЙНОЙ -! ОКС:ПОЙ НЯГО c- -; <0<()0 " :", .., > .; - ..»< C (1 QTT b 3 0 TI Я H H5f Р Я«f 2 -< H i) Ii топ>((у> ы (; .(нейт(ая токовая на" т) узка

I!ri -,т.ттттрт. <,. -.C <.-)т-O :;E;E(УKTOPЯ РB C -i(ттвi

В<. Сс >" 5> Ti С ООТ НЕТ С Т БИИ C. ())ОР(с(<1. i ОЛ ((Jr, — эо ) с(.

;" (, 9- о) ) = - < — +-, - ; —. у cj -<Е) < обес почиваю!пей указанное б езра BTEI --(ное Оягно весне K alii;olaeHTOB, 11лп ис -.

ПОЛЗЗОВЯННОГО В ЭКСПЕРИМС.НТ2 Сгт.(ЯБ(> rg ."-I 0 3 <

" .-ЯПОВКа СО; 2Ржнт ГРЯт))1(ТОВ<,((! т(;гель „цилиндрический индуктор:) бе(ущего магнитного поля с обмот !1

К О Й .) В О 3 О «>к<1 2 и и Я, B Н )тт Р Е < I НИ Й i>) 2 i) Р 0 " ,.-,-;, -Ии„,ып,ердеч„ик с> — 9,97 10" кг/м сf)nTTIс; СТBeHHO ;.Яс (етное Знячен ie Ti!Bîòíoñти э)!ект,; омяг нитной силы равно г (P i )

;!,.,104 > 10Б н/м

Расчет .линейной токовой нагрузки ц>линдрического индукторя с внутренним серцечником проводится ца!fee

::) H3вестным Формулам, При этом

I,JiB тока частот.>I Р = з0 Г!Е полу -ено

< зпа .ение <() 10 /<, 1 и. .От!учет(ное т — j i C . K 0 Е 3 и Я сl 2 Н И P J > и Н C= И 11 О Й

ТОКОБОй П И 13 .!3:<И Г>ГО:PPe:..Î ОПЫТНЫМ путем. Дт.(это -o .>змерено .- <Пачение

С((я:, . Дe .!С TIJÓÞIÖ2(» П; "ББРДЬ и C L J:I»TIO3.(й >;: !и -!;p 8 бегущем .-.Ягп!(тllîì пол=.

: гого ке I.:.(I <укторя (Быб.. р .;.. Tpр !Я.т:-:, ;1(JI lт iПд! а,. Иг»И Т I»;) у !0!Цс : с> р я б

l:iRB > c Бя Зяп ". совпадет;„, .i -:-роводи— с>ОС:тЕЙ )КИ!ЕКОГО яЛЮМИНИя Г;1 . Т = TII)

"(СС Бит!1(0(с IIP T НОР МЯ(1 ЬНОЙ Т P!

«

; ) тт < ) ) О . (»пт Е Н 1-. O f» (T P TT Э т С ст < T! Tтг! П О Е

1! чт 2<тис т(г>ч (i<)f ч 4»тнoi<

<.!fili.l 1T))E(ГПЯНЕЙНОИ ТUK-Вг»Й НЯ ГР -)КP

»Ef(yKтОра," т > 10" А/м тлт)тност1«ю

- овпядяет с ее теорети ieским IHawe— пием Г()«,Сг<) ) = 0,104 -10Б»/м..()санные = НЯЧ 2НИЯ Л ИН ЕЙНОЙ ТОКОВОЙ На : Pт)т? Ки т,пду ;торя ис по"" 3с<ВВ Tcоci« <;;i!1-;c>ь(вяе):с>«лри(мег>2 по. у-..ент(я ксмпозиT ного

: -i i ел<пяля,т) — Р); . Tp 0((2ññ (.»Нс -гялП т 31>(i if <тг ;>, - j3« II С

«!() (" IT<1 3 "j!E(ВКИ Г ОМОГC:. 1 3. ;П )В i (i .,"<ЭГО

Р "(i!i BB = РИСТЯ.т<ЛИЗ !Тотт . .iHKj..СС ПУ.<тУРа CiTJ

< (1f0IP OL! НО i È СП Чс<вс«И Эт<)(() СК i IT 13 пот ти ,,: н т)ГO Мэтсла >ОЛУЧОПИЯ CJ!i(TKOTi:

<»1>т К)3 ос 1 р 3< IСТ "с, т) а С Ппяттс) С ТЯКИМ К «

П О;(! Нт ПЪ(М С )112 ))KB П(т 2!! С BHHIIB ПОЛУ— ст<; Н(ГО П >1< г; Гатю)ИЗЯ ттт(,тк т ттilb!K «-(к i pм . я . т.(с:; по,l>я>< и )и контBK> I .Ом:.OT(- ><,» 1, т-... 1(<,>By

<3. !Bi(>Я<, !ТО КЯ 12С тт!О f»i i K11(атт ае!.,,((,1 О, C«С;<3 - Кт—

li(, М тогЦ()"(C I >",,(ОЩ,Ю 02 :П(< "C;

Ei! (Г EIGP 0 TI0< -> HP. « <>«т С « . <1

П )ЛУЧ 2.!НО!,"..".<0» ЯК! Нl )М МС 01(<)м

"сотi.« ãc i >»ит.. с <> 31- ес а н> ((! с .I)<100>OI- ., т. () ж . B)3 P »с(< тия 1-1 О C;I) СГСа (< стя <"«сснтня КОМ!ПОЗIITI<СCI (J (:1.а Па По

::) Ег()!ЯГаем(&(У СПОС,!Г:У Г(1-,0(Ее. 1!С>С К 0> Ь-!

< ОТCУТC. в(12 K!)5(Д<1 . 2:<1 <)i! OГ И Ч;»С НИХ !

3(i <>Ci C < if<> с Ii 1 ., Я,! 3 . .i !((< т

1,09255

ВНИИПИ Заказ 5980/9 Тираж 775 Подписное

Филиал ППП "Патент", 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 контакт электродов с расплавом при его эатвердевании и т.п, ИАХИД - это словесный товарный знак, зарегистрированный на имя института 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

S требуемого качества структуры слитков.

Указанный способ может быть легко реализован по известным схемам установок непрерывной разливки металлов, что обеспечивает его высокую производительность, не уступающую применяющейся сегодня на сплавах системам алюминий-олово.

При этом замена существующих ан15 тифрикционных сплавов марок АО на алюминиево-свинцовистые дает экономический эффект, превышающий

5 млн. руб., и приводит к резкому снижению потребления остродефицит— ного олова, улучшению качества под- шипников скольжения и увеличению . срока службы автотракторных двИгателей.