RU2376108C1 - Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки - Google Patents
Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376108C1 RU2376108C1 RU2008111707/02A RU2008111707A RU2376108C1 RU 2376108 C1 RU2376108 C1 RU 2376108C1 RU 2008111707/02 A RU2008111707/02 A RU 2008111707/02A RU 2008111707 A RU2008111707 A RU 2008111707A RU 2376108 C1 RU2376108 C1 RU 2376108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- crystallization
- casting
- periphery
- mold
- Prior art date
Links
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 63
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 62
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 4
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N [Pt].[Rh].[Pt] Chemical compound [Pt].[Rh].[Pt] LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
- B22D27/045—Directionally solidified castings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Перегретый расплав заливают в кристаллизатор, в котором осуществляют равномерное объемное охлаждение расплава со скоростью не выше 0,5°С/с. Отливку формируют в неравномерном силовом поле. Силовое поле создают посредством наложения ультразвуковых колебаний, сфокусированных в локальной зоне расплава. В этой зоне формируется повышенное давление с образованием центра кристаллизации. Направление фронта кристаллизации проходит из повышенного давления к периферии отливки. Величину перегрева расплава выбирают из условия обеспечения времени существования жидкой фазы, достаточного для завершения направленной кристаллизации расплава. Достигается повышение прочностных свойств и изотропности свойств отливок. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к литейному производству, а более конкретно - к способам изготовления отливок методом направленной кристаллизации расплава.
Предшествующий уровень техники
Необходимость эффективного управления кристаллизацией металлического расплава в форме для получения отливок с приемлемыми для практики служебными свойствами заставляет ученых и инженеров изыскивать все новые решения с тем, чтобы радикально повысить качество отливок, так как именно на этапе формирования кристаллической структуры закладываются их основные служебные свойства.
До настоящего времени методы управления процессами, происходящими при кристаллизации металлических расплавов, сводились к воздействию на тепловые процессы, происходящие как внутри расплава, так и на границе теплообмена. При этом сформированная на периферии отливки двухфазная зона фронта кристаллизации при своем движении к центру все более затрудняет отбор скрытой теплоты, все более замедляет свое движение к центру, порождая градиентность величины зерна отливки и повышая за счет роста сжимающейся твердой фазы давление в расплаве, провоцируя выделение в расплав растворенных газов. Такая организация процесса кристаллизации достаточно неэффективна и приводит, в любом варианте, к появлению градиента крупности зерна отливки, а значит и к анизотропии свойств. Кроме того, в процессе осуществления кристаллизации методом теплоотбора неизбежно появление таких дефектов, как микро- и макропустоты, различные виды ликвации. Делаются попытки компенсировать недостатки структуры отливок, получаемых существующим способом, когда кристаллизация расплава осуществляется от периферии к центру. В качестве примера можно привести способ, когда для формирования мелкой структуры расплав активизируется различными примесями, в основном более тугоплавкими, частицы которых служат центрами кристаллизации. Удобнее всего механизм формирования центров кристаллизации рассматривать как работу «микрохолодильников». Более тугоплавкие включения при температурах кристаллизации основного металла имеют устойчивую кристаллическую структуру, атомы которой имеют возможность «отнять» часть энергии у составляющих расплава в локальных его зонах. Тем самым создаются условия для начала кристаллизации в этих зонах.
Аналогичный механизм кристаллизации имеет место в случае применения различных лигатур для «размножения» их структуры в объеме расплава, что получило название «наследственность». Лигатуры независимо от способа приготовления получают достаточное измельчение собственной структуры и поэтому за счет больших поверхностей взаимодействия составляющих имеют температуру плавления несколько выше, чем основной сплав. В этой связи растворение частично расплавленной лигатуры в основном металле при определенно малых его перегревах приводит к возникновению дополнительных центров кристаллизации, как и в ранее описанном случае. Однако применение лигатур так же как и введение модификатора для осуществления объемной кристаллизации с целью получения измельченной структуры сопряжено с целым рядом осложнений. На получение заданной структуры огромное влияние оказывают различные процессы, такие как температурный режим, качество растворения, объемное распределение составляющих лигатур и ряд других факторов. В этом направлении ведется большое количество работ. Кроме того, осуществляют создание избыточного давления в расплаве, например, в газостате. В этом случае уменьшаются межатомные расстояния, увеличивается энергия взаимодействия. Однако так как во всех случаях избыточное давление создается во всем объеме расплава, а теплоотбор по-прежнему с поверхности, то фронт кристаллизации направлен от периферии к центру, и возникают все пороки литья, характерные для известных способов. Единственным выигрышем данного способа является возможность лучшего заполнения формы и некоторое улучшение однородности структуры отливки.
Анализируя возникающие дефекты в ходе кристаллизации, можно сделать вывод о том, что в конечном итоге они порождены способом ее организации за счет теплоотбора с поверхности отливки.
На самом деле периферийная твердая фаза, так же как и фронт кристаллизации, блокируют сопутствующую газовую фазу, способствуя образованию раковин, трещин, ликвации и т.п.
Вместе с тем, известен способ изготовления отливок путем направленной кристаллизации расплава (SU 1424952), заключающийся в том, что отливку формируют в неравномерном силовом поле вращающегося кристаллизатора, используя при этом объемное (ненаправленное) охлаждение расплава. Причем скорость вращения кристаллизатора выбирают с учетом создания в расплаве давления, необходимого для формирования переохлаждения в расплаве, равного интервалу его метастабильности. В этих условиях при ненаправленном охлаждении расплава происходит его направленная кристаллизация от периферии к оси вращения кристаллизатора. Это осуществляется за счет увеличения температуры кристаллизации в результате воздействия давления, создаваемого в периферийных зонах расплава, более высокого по сравнению с давлением в зонах, близких к оси вращения кристаллизатора.
Однако для реализации этого способа необходимо создание высокого давления, что приводит к возможности разрушения литейной формы, в которой находится расплав.
Кроме того, постоянство скорости вращения кристаллизатора для обеспечения требуемого давления приводят к появлению анизотропии структуры и прочностных свойств отливки, так как перемещение фронта кристаллизации происходит в условиях непрерывно уменьшающегося переохлаждения в сторону оси вращения кристаллизатора.
Имея в виду изложенное, можно сделать вывод, что возможность формирования локальной зоны повышенного давления в теле отливки позволила бы осуществлять эффективно управляемую кристаллизацию из этой зоны к периферии. Движение фронта кристаллизации из центра к периферии позволило бы отторгнуть на поверхность отливки газовые включения, несвязанные интерметаллы и исключить появление горячих трещин, раковин и т.д.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию способа изготовления отливок в кристаллизаторе путем создания фронта кристаллизации расплава направленного из заданной точки в объеме расплава к периферии отливки для повышения прочностных свойств отливки и обеспечения изотропности ее свойств.
Указанный технический результат достигается способом изготовления отливки направленной кристаллизацией, включающим заливку перегретого расплава в кристаллизатор, равномерное объемное охлаждение расплава в неравномерном силовом поле, отличающимся тем, что неравномерное силовое поле создают посредством наложения ультразвуковых колебаний, сфокусированных в локальной зоне расплава с обеспечением в ней повышенного давления и образования центра кристаллизации, направленной к периферии отливки, при этом равномерное объемное охлаждение расплава осуществляют со скоростью не выше 0,5°С/с.
При этом величину перегрева расплава выбирают из условия обеспечения времени существования жидкой фазы расплава, достаточного для завершения направленной кристаллизации расплава из зоны повышенного давления к периферии отливки.
Кроме того, неравномерное силовое поле снимают после завершения процесса кристаллизации отливки, и осуществляют охлаждение отливки.
Термодинамическими характеристиками кристаллизатора (его футеровкой и/или подогревом) обеспечивают равномерное объемное охлаждение залитого расплава до температуры завершения всех процессов кристаллизации расплава по мере его остывания. Для достижения большей изотропности структуры формируемой отливки такое охлаждение осуществляют со скоростью не выше 0,5°С/с.
Заданной величиной перегрева заливаемого в кристаллизатор расплава, обеспечивают при объемном равномерном охлаждении со скоростью не более 0,5°С/с время существования жидкой фазы расплава достаточное для завершения направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки до наступления естественных процессов кристаллизации расплава по мере его остывания.
Неравномерное силовое поле сохраняют до температуры завершения всех процессов кристаллизации расплава по мере его остывания. После остывания отливки в кристаллизаторе до указанной температуры неравномерное силовое поле снимают, и дальнейшее охлаждение отливки может осуществляться с любой скоростью.
Указанные признаки являются существенными с образованием устойчивой совокупности признаков, достаточных для получения требуемого технического результата.
Перечень чертежей
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 изображена модель процесса кристаллизации, первая стадия;
на фиг.2 изображена модель процесса кристаллизации, вторая стадия;
на фиг.3 - схема опытной установки для ультразвуковой обработки расплава;
на фиг.4 - принципиальная схема кристаллизатора с УЗ излучателями;
на фиг.5 - схема точек замера твердости отливки.
Пример осуществления изобретения
В принципе, метод направленной кристаллизации (НК) сводится к реализации какого-либо физического явления, позволяющего управляемо уменьшить энергетическое состояние расплава до уровня, соответствующего началу кристаллизации. До настоящего времени, практически, все методы управления процессами кристаллизации сводились к воздействию на тепловые процессы в расплаве. При этом в качестве средства управления использовались устройства, поддерживающие определенные градиенты температуры в расплаве. Направленный выбранной интенсивности теплоотбор позволяет создать предпочтительные условия для начала кристаллизации в определенной зоне расплава, что и является наиболее распространенной формой получения направленной кристаллизации (НК). Этот вариант получения НК достаточно эффективно действует лишь при малых размерах отливок. Это вызвано тем обстоятельством, что температурное поле внутри расплава в ходе его затвердевания искажается при выделении скрытой теплоты кристаллизации, то есть она искажает (уменьшает) организованные в расплаве градиенты температуры. Более того, движение фронта кристаллизации от периферии к центру отливки создает условия для формирования пустот и других известных литейных дефектов, ухудшающих структуру отливок. Предлагаемое изобретение позволяет эффективно организовать НК в изложнице, имеющей футеровку или подогрев, обеспечивающих равномерное объемное (ненаправленное) охлаждение слабо перегретого расплава со скоростью не более 0,5°С/с путем создания в заданной точке объема расплава локальной зоны повышенного давления, инициирующей в этой локальной зоне начало кристаллизации с последующим движением фронта кристаллизации от центра к периферии отливки. При этом величина перегрева обеспечивает время существования жидкой фазы расплава, достаточного для приоритетного проведения организованной направленной кристаллизации до наступления естественных процессов кристаллизации расплава по мере его остывания. Сформировать такую локальную зону с повышенным давлением можно с помощью ультразвуковых колебаний (УЗК), которые способны создавать пучности давления стоячих волн практически в любой материальной среде.
Для формирования такой зоны удобно воспользоваться пучностью давления двух сфокусированных интерферирующих когерентных колебаний, распространяющихся со скоростью U1 и U2:
где A1, A2 - амплитуды обоих УЗ колебаний (УЗК);
с - скорость распространения ультразвуковой волны в расплаве;
ω - круговая частота несущего колебания УЗК
φ - начальная фаза;
х - расстояние между встречно работающими излучателями;
d - расстояние между одним излучателем и точкой облучения.
t - текущее время.
Если пренебречь затуханием УЗК в среде, условие получения в определенной зоне (стоячая волна) пучности давления выглядит следующим образом:
Последнее выражение позволяет, адаптируясь к изменению скорости распространения УЗК в ходе кристаллизации, перемещать ее центр в любую зону объема отливки.
В этой зоне (пучности стоячей волны) с помощью УЗК амплитуд А1 и А2 развивается давление Р, повышающее плотность ρ среды, максимальное в точке d.
Известно, что для большинства расплавов повышение давления при прочих разных условиях приводит к соответствующему увеличению исходной температуры кристаллизации
где 
, 
- температура кристаллизации соответственно при давлениях Ро и Рх; α - производная dt/dP зависимости Ткр=f(P).
В общем случае зависимость (4) может носить нелинейный характер, однако с достаточной для практики степенью точности можно считать k=1. Анализ зависимости (4) показывает, что увеличение Рх в локальной зоне слабо перегретого расплава 1 приводит при его последующем равномерном охлаждении к предпочтительному началу кристаллизации (то есть к отвердеванию) именно в этой зоне. Из этого следует, что сложившийся фронт кристаллизации будет перемещаться из этой зоны в остальную часть расплава. Рассматриваемая модель иллюстрируется фиг.1. Искусственно сформированная зона повышенного давления 2 (ЗПД) в расплаве 1 будет действовать подобно насосу, "прокачивая" через себя жидкий перегретый расплав до его полной кристаллизации. Такое движение расплава обеспечивается тем, что в гравитационном поле земли формирующиеся фрагменты кристаллических структур (в зоне повышенного давления), имея большую плотность, нежели окружающий расплав, оседают на дно кристаллизатора, активируя расплав и образуя между дном и ЗПД зону форсированной кристаллизации.
Движение расплава 1 при его охлаждении происходит до момента, когда содержимое футерованного кристаллизатора 3 стало однородным. В этот момент резко возрастет его вязкость. Таким образом, первая стадия процесса закончена.
Вторая стадия процесса изображена на фиг.2. Она характеризуется возникновением фронта кристаллизации 4 (ФК) в ЗПД 2, движущегося к периферии кристаллизатора 3.
В ходе завершения образования твердой фазы над ЗПД 2 будет формироваться усадочная раковина 5, более утрированная, нежели при естественной кристаллизации. Перемещая ЗПД 2, можно менять место расположения усадочной раковины 5.
При отсутствии гравитации следует ожидать начало кристаллизации в ЗПД, при этом будет отсутствовать зона форсированной кристаллизации и первая стадия процесса. ЗПД 4 формируется в пучности давления интерферирующих ультразвуковых колебаний, сфокусированных в требуемое место расплава. В проведенном эксперименте расплав алюминия облучался через концентраторы, расположенные в торцах кристаллизатора. Следует, однако, отметить, что при облучении ультразвуком расплава кроме повышенного давления в ЗПД очевидно действовал еще один физический механизм. Электроны проводимости, двигаясь со скоростями выше скорости ультразвука, отдают ему часть своей кинетической энергии. В нашем случае, при организации "стоячей" волны, переноса энергии ультразвуковых колебаний не происходит и складываются условия для отбора кинетической энергии электронов расплава даже при его незначительном перегреве. Это, в свою очередь, приводит к общему понижению энергетического уровня расплава, т.е. к началу процесса кристаллизации.
В эксперименте расплав облучался сигналами синусоидальной формы двух источников излучения U1 и U2 (1) (2) с управляемой разностью фаз. Место расположения ЗПД (4) в расплаве определяется исходной разностью фаз (3) и в ходе эксперимента менялось на 20…30 мм, соответственно менялось место формирования усадочной раковины.
Изобретение реализовано на опытной литейной установке путем проведения серии отливок с последующим изучением структуры отливок.
Схема данной установки представлена на фиг.3. Установка включает в себя кристаллизатор 3, футерованный для снижения скорости объемного охлаждения расплава до значений меньше 0,5°С/с. Такое ограничение скорости охлаждения вкупе с перегревом заливаемого в кристаллизатор расплава необходимо для обеспечения времени существования жидкой фазы расплава, достаточного для приоритетного проведения организованной направленной кристаллизации из заданной точки к периферии до наступления естественных процессов кристаллизации расплава по мере его остывания. Кристаллизатор 3 имеет форму перевернутой усеченной пирамиды, куда заливался расплав алюминиевого сплава АЛ5Е, имеющий температуру на 20-25°С выше температуры кристаллизации Ткр. При охлаждении расплава до температуры, превышающей его начало кристаллизации на 5-7°С, измеритель температуры 7 выдает команду на генератор 10 ультразвуковых колебаний. Генератор 10 формирует когерентные сигналы U1 и U2, поступающие на два ультразвуковых излучателя 9, акустически связанные с нефутерованными участками стенок кристаллизатора 3 посредством концентраторов 8, причем сигналы U1 и U2 противофазны. Размеры рабочей зоны кристаллизатора 3: длина между излучателями 9 200 мм, ширина 90 мм (литейные уклоны 5°), глубина 90 мм. Фазность и амплитуда сигналов U1 и U2 определялась при помощи двулучевого осциллографа 11 марки С12-69. Частота излучений определялась частотомером 12 Ч3-38 и составляла 65 кГц. Измерение температуры производилось платинородий-платиновыми термопарами 7 ПП-1 и прибором КСП-4. В конструкции излучателей использовались пластины из керамики ПТС-19 толщиной 9 мм. Совместно с частотопонижающими накладками и концентраторами 8 они работали в режиме резонанса на частоте 65 кГц. Концентраторы 8 были выполнены в виде круглого стержня с экспоненциальным изменением сечения. В результате серии из 6 опытных отливок, проведенных на описанной выше установке, получены отливки алюминиевого сплава АЛ5Е. В результате изучения микроструктуры и сравнения их с контрольными отливками, выполненными обычным методом литья, выявлено следующее: при облучении расплава сфокусированными интерферирующими ультразвуковыми излучениями получены отливки с выраженными крупными столбчатыми кристаллами, расходящимися веером к периферии из одной точки. Эта точка и является центром кристаллизации. На полученных отливках была произведена серия замеров твердости. Схема расположения точек измерения твердости показана на фиг.5, а полученные результаты для шести образцов приведены в таблице. Учитывая, что твердость нетермообработанных образцов из этого сплава, полученных в стандартных условиях, не превышает 20-22 ед., то, следовательно, применение предлагаемого изобретения дало почти трехкратное увеличение твердости сплава АЛ5Е. Отмечается высокая изотропность свойств и повторяемость микроструктуры в серии плавок.
| № | № замера | |||||||||
| образца | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | 62,4 | 65,5 | 65,5 | 65,5 | 67,1 | 67,1 | 65,5 | 65,5 | 65,5 | 63,9 |
| 2 | 60,9 | 60,9 | 63,9 | 62,4 | 60,9 | 62,4 | 65,5 | 65,5 | 63,9 | |
| 3 | 62,4 | 62,4 | 63,9 | 65,5 | 65,5 | 63,9 | 65,5 | 65,5 | 63,9 | |
| 4 | 65,5 | 68,8 | 63,9 | 65,5 | 63,9 | 62,4 | 65,5 | 68,8 | 68,8 | 65,5 |
| 5 | 62,4 | 63,9 | 65,5 | 68,8 | 65,5 | 65,5 | 68,8 | 65,5 | 65,5 | |
| 6 | 65,5 | 65,5 | 65,5 | 67,1 | 67,1 | 67,1 | 67,1 | 67,1 | 65,5 | |
Метод позволяет при организации одного фронта кристаллизации (в центре расплава), движущегося к периферии, убрать на поверхность отливки несвязанные интерметаллиды, органические и псевдоорганические включения, устранить причины возникновения газовых раковин, горячих трещи, что может быть особенно полезно при изготовлении крупногабаритных отливок.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может быть использовано для изготовления любых отливок в кристаллизаторах соответствующей конструкции, обеспечивающих скорость естественного охлаждения расплавов не выше 0,5°С/с вкупе со слабым перегревом заливаемого в кристаллизатор расплава и организации направленной кристаллизации из заданной зоны расплава к периферии в неравномерном силовом поле, позволяющих значительно улучшить качество литейных полуфабрикатов и изделий. Наиболее эффективно изобретение может быть использовало при изготовлении крупногабаритных слитков, используемых в дальнейшем для прокатки или в качестве заготовок для металлообрабатывающих центров, а также для получения фасонных отливок любой геометрии.
Claims (3)
1. Способ изготовления отливок направленной кристаллизацией, включающий заливку перегретого расплава в кристаллизатор, равномерное объемное охлаждение расплава в неравномерном силовом поле, отличающийся тем, что неравномерное силовое поле создают посредством наложения ультразвуковых колебаний, сфокусированных в локальной зоне расплава с обеспечением в ней повышенного давления и образования центра кристаллизации, направленной к периферии отливки, при этом равномерное объемное охлаждение расплава осуществляют со скоростью не выше 0,5°С/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину перегрева расплава выбирают из условия обеспечения времени существования жидкой фазы расплава, достаточного для завершения направленной кристаллизации расплава из зоны повышенного давления к периферии отливки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что неравномерное силовое поле снимают после завершения процесса кристаллизации отливки и осуществляют охлаждение отливки.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111707/02A RU2376108C1 (ru) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
| EP08873645.9A EP2272607A4 (en) | 2008-03-27 | 2008-10-03 | METHOD FOR PRODUCING CAST STITCHES BY DIRECTED CRYSTALLIZATION |
| PCT/RU2008/000633 WO2009120107A1 (ru) | 2008-03-27 | 2008-10-03 | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации |
| CN200880128328.4A CN101980809B (zh) | 2008-03-27 | 2008-10-03 | 通过从熔融物的选择点朝向铸件外围的定向固化的铸件制造方法 |
| EA201001509A EA017971B1 (ru) | 2008-03-27 | 2008-10-03 | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
| US12/380,357 US7987897B2 (en) | 2008-03-27 | 2009-02-26 | Method for making castings by directed solidification from a selected point of melt toward casting periphery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111707/02A RU2376108C1 (ru) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008111707A RU2008111707A (ru) | 2009-10-10 |
| RU2376108C1 true RU2376108C1 (ru) | 2009-12-20 |
Family
ID=41114165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008111707/02A RU2376108C1 (ru) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7987897B2 (ru) |
| EP (1) | EP2272607A4 (ru) |
| CN (1) | CN101980809B (ru) |
| EA (1) | EA017971B1 (ru) |
| RU (1) | RU2376108C1 (ru) |
| WO (1) | WO2009120107A1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446030C2 (ru) * | 2010-06-02 | 2012-03-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для получения отливок в форме |
| RU2623556C2 (ru) * | 2015-12-10 | 2017-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ получения постоянных магнитов на основе неодим-железо-бор |
| RU2731948C1 (ru) * | 2019-10-16 | 2020-09-09 | Юрий Иванович Осипов | Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений |
| RU2763865C1 (ru) * | 2021-02-04 | 2022-01-11 | Вячеслав Моисеевич Грузман | Способ изготовления отливок |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038372A (zh) | 2010-04-09 | 2013-04-10 | 南线公司 | 熔融金属的超声波除气 |
| US20140255620A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | Rolls-Royce Corporation | Sonic grain refinement of laser deposits |
| CA2931124C (en) | 2013-11-18 | 2022-11-29 | Southwire Company, Llc | Ultrasonic probes with gas outlets for degassing of molten metals |
| CA2976215C (en) | 2015-02-09 | 2021-05-25 | Hans Tech, Llc | Ultrasonic grain refining |
| US10233515B1 (en) | 2015-08-14 | 2019-03-19 | Southwire Company, Llc | Metal treatment station for use with ultrasonic degassing system |
| ES2833474T3 (es) | 2015-09-10 | 2021-06-15 | Southwire Co Llc | Dispositivo para refinación y desgasificación ultrasónicas de grano para fundición de metal |
| CN111455180B (zh) * | 2020-04-17 | 2021-11-23 | 昆明铂锐金属材料有限公司 | 一种从失效氧化铝铂催化剂中富集铂联产金属铝的方法 |
| CN116377577B (zh) * | 2023-04-11 | 2024-10-01 | 西北工业大学 | 超声预调制优化合金定向凝固柱状晶取向单晶制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4291742A (en) * | 1977-11-09 | 1981-09-29 | Korytov Vladimir A | Method and apparatus for obtaining an ingot |
| SU971572A1 (ru) * | 1981-01-08 | 1982-11-07 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт | Способ обработки кристаллизующегос сплава ультразвуком |
| SU1424952A1 (ru) * | 1985-12-25 | 1988-09-23 | Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Способ центробежного лить отливок |
| SU1715480A1 (ru) * | 1989-04-24 | 1992-02-28 | Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина | Способ непрерывного лить заготовок |
| RU2020042C1 (ru) * | 1990-09-19 | 1994-09-30 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Способ получения отливок из композиционного материала на металлической основе |
| RU2035530C1 (ru) * | 1991-12-24 | 1995-05-20 | Геннадий Николаевич Кожемякин | Способ выращивания монокристаллов |
| CN1597189A (zh) * | 2004-08-31 | 2005-03-23 | 西北工业大学 | 一种高梯度双区加热定向凝固装置 |
| JP2006102807A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Toyota Motor Corp | 金属組織改質方法 |
-
2008
- 2008-03-27 RU RU2008111707/02A patent/RU2376108C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2008-10-03 EA EA201001509A patent/EA017971B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2008-10-03 EP EP08873645.9A patent/EP2272607A4/en not_active Withdrawn
- 2008-10-03 WO PCT/RU2008/000633 patent/WO2009120107A1/ru active Application Filing
- 2008-10-03 CN CN200880128328.4A patent/CN101980809B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-02-26 US US12/380,357 patent/US7987897B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446030C2 (ru) * | 2010-06-02 | 2012-03-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для получения отливок в форме |
| RU2623556C2 (ru) * | 2015-12-10 | 2017-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ получения постоянных магнитов на основе неодим-железо-бор |
| WO2021071381A1 (ru) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Юрий Иванович ОСИПОВ | Способ очистки алюминия и его сплавов |
| RU2731948C1 (ru) * | 2019-10-16 | 2020-09-09 | Юрий Иванович Осипов | Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений |
| RU2763865C1 (ru) * | 2021-02-04 | 2022-01-11 | Вячеслав Моисеевич Грузман | Способ изготовления отливок |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7987897B2 (en) | 2011-08-02 |
| RU2008111707A (ru) | 2009-10-10 |
| EA017971B1 (ru) | 2013-04-30 |
| US20090242166A1 (en) | 2009-10-01 |
| WO2009120107A1 (ru) | 2009-10-01 |
| EP2272607A4 (en) | 2014-05-07 |
| EP2272607A1 (en) | 2011-01-12 |
| EA201001509A1 (ru) | 2011-04-29 |
| CN101980809A (zh) | 2011-02-23 |
| CN101980809B (zh) | 2012-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2376108C1 (ru) | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки | |
| CN105458264B (zh) | 一种接触式机械振动条件下增材制造方法 | |
| Kumar et al. | Properties evaluation of A356 and A319 Aluminum alloys under different casting conditions | |
| Taghavi et al. | Study on the ability of mechanical vibration for the production of thixotropic microstructure in A356 aluminum alloy | |
| Zhan et al. | Modeling and simulation of the columnar-to-equiaxed transition during laser melting deposition of Invar alloy | |
| Wang et al. | Investigation of crystal growth mechanism during selective laser melting and mechanical property characterization of 316L stainless steel parts | |
| Lee et al. | Effect of the gap distance on the cooling behavior and the microstructure of indirect squeeze cast and gravity die cast 5083 wrought Al alloy | |
| US9839958B2 (en) | Method for induction stirred, ultrasonically modified investment castings | |
| Ma et al. | Application of a heat conductor technique in the production of single-crystal turbine blades | |
| CN108624959A (zh) | 使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法 | |
| Markov et al. | Computational and experimental modeling of new forging ingots with a directional solidification: the relative heights of 1.1 | |
| Yin et al. | The grain refinement of Mg alloy subjected to dual-frequency ultrasonic melt treatment: A physical and numerical simulation | |
| Hasanabadi et al. | In-situ microstructure control by laser post-exposure treatment during laser powder-bed fusion | |
| CN103131980A (zh) | 一种通过控制球晶稳定化实现细晶凝固方法 | |
| Yu et al. | Non-single bionic coupling model for thermal fatigue and wear resistance of gray cast iron drum brake | |
| Kund | Effect of tilted plate vibration on solidification and microstructural and mechanical properties of semisolid cast and heat-treated A356 Al alloy | |
| Acar et al. | A preliminary study upon the applicability of the direct water cooling with the lost foam casting process | |
| Riedel et al. | Ultrasonic treatment: A clean technology that supports sustainability in casting processes | |
| KR20010040128A (ko) | 주물의 입자 간격 제어 방법 및 그에 의해 형성된 주물과,주조 주상 제품과, 액체 금속 냉각식 방향성 응고 방법과,단결정 주상-입자 제품의 주조 방법과, 평행축 입자조직을 갖는 주조 제품의 제조 방법 | |
| Abugh et al. | Microstructure and mechanical properties of vibrated castings and weldments: A review | |
| Sivabalan et al. | Rheocasting of aluminum alloy A356 based on various parameters: a review | |
| US3045302A (en) | Casting of metals and alloys | |
| JP2008540129A (ja) | なまこ銑を形成する方法およびなまこ銑 | |
| Monastyrskiy | Modeling and numerical optimization of withdrawal rate in directional solidification process | |
| Jia et al. | Ultrasonic Stirring Effects on the Microstructure of A356 alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110120 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160328 |