Установка для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия
PLANT FOR THE PRODUCTION OF DISPERSION-STRENGTHENED COMPOSITE MATERIAL BASED ON ALUMINUM

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к установкам для получения композиционных материалов на основе алюминия повышенной прочности за счет введения в них дисперсных твердых фаз.
Известные методы получения композиционных материалов на основе алюминия наиболее полно изложены в фундаментальных монографиях [1].
Применение того или иного метода определяется целью исследования образцов [2].
Известна установка для получения дисперсно-упрочненного алюминиевого сплава в которой емкость, печи или ковша, заполненную расплавленным алюминиевым сплавом, продувают газом через систему подачи, находящуюся в донной части печи или ковша [3].
Недостатком данного устройства является то, что происходит частичное окисление расплава алюминия и рост частиц вследствие их коагуляции, что приводит к нестабильности свойств получаемых материалов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка для получения дисперсно-упроченного алюминиевого сплава [4], выбранная в качестве прототипа. Данная установка имеет одно сопло, в которое по трубопроводу через футерованную систему подачи подают кислородосодержащий газ с содержанием кислорода по объему не менее 20%, время и скорость подачи которого выбирают из условия насыщения сплава заданным количеством образующихся упрочняющих частиц оксида алюминия.
Недостатком установки является невозможность получения отливок значительной толщины в связи с потерей скорости потока струи пузырьков окислителя в объёме сплава, что приводит к неравномерности размеров твердых частиц и их неравномерному распределению.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - усовершенствование установки для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности и равномерности распределения упрочняющей фазы сплава по сечению отливки путем продувки кислородом расплава алюминия.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия, содержащей высокотемпературную печь и систему подачи кислорода, согласно изобретению, система подачи кислорода выполнена в виде газораспределительного щита, на выходе из которого смонтирован игольчатый вентиль для точной регулировки подачи газа, соединенный с манометром, соединенным через шаровый вентиль с ротаметром, к которому по трубопроводу присоединена газовая рампа, содержащая каналы подачи кислорода.
Изобретение иллюстрируется фиг., на которой изображена конструктивная схема установки для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия.
Установка содержит высокотемпературную печь, предназначенную для расплавления алюминия и систему подачи кислорода.
В высокотемпературную печь 1 помещают тигель 2 с расплавом 3. Система подачи кислорода включает газовую рампу 4, состоящую, например, из восьми каналов подачи кислорода 5, герметично соединенную со стальной трубкой 6, которая, в свою очередь, прикреплена к ротаметру 7. На выходе газораспределительного щита 8 смонтирован игольчатый вентиль 9 для точной регулировки подачи газа, соединенный с манометром 10 для контроля давления в системе после игольчатого вентиля 9, переходящий в обычный шаровый вентиль 11. Манометр 10 соединен через шаровой вентиль 11 с ротаметром 7. Количество каналов подачи кислорода 5 зависит от высоты тигля 2 и, как найдено экспериментально, может составлять пару каналов на один горизонт толщины расплава величиной 1.5 сантиметра.
Установка работает следующим образом:
2
3
Алюминиевые чушки загружают в тигель 2 высокотемпературной печи 1 и расплавляют. Далее в расплав алюминия 3 вводят газовую рампу 4, состоящую из восьми каналов подачи кислорода 5, которая герметично соединена со стальной трубкой 6, которая в свою очередь прикреплена к ротаметру 7 для определения объемного расхода кислорода По этой системе подают кислород в расплав алюминия из газораспределительного щита 8, на выходе из которого смонтирован игольчатый вентиль 9 для точной регулировки подачи газа, соединенный с манометром 10 для контроля давления в системе после игольчатого вентиля 9 переходящий в обычный шаровый вентиль 11 для конечной завершающей корректировки объемной подачи газа. В результате взаимодействия кислорода и алюминия образуются оксиды алюминия (AlO) в расплаве алюминия, которые являются упрочняющими частицами в затвердеваемом дисперсно-упроченном материале, получаемого в одну стадию осуществляемого процесса. За счет введения в систему подачи окислителя газовой рампы, состоящей из нескольких каналов, обеспечивающих равномерные потоки струи пузырьков окислителя в различных горизонтах расплава, повышаются точность и равномерность распределения упрочняющей фазы сплава по сечению отливки.
Предлагаемая установка для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия может быть изготовлена из покупных изделий например, из выпускаемых или готовых деталей, например, тигельная печь Plavka.pro ПП-1 SmartMelt комплектующееся графитовым тиглем высотой 155, наружными диаметрами 72 и 55 мм, диаметр внутренний 45 мм, игольчатый вентиль серия STV от ГАЗ-ТЕСТ, манометр МП3-У, шаровый вентиль VALFEX 1/2'' ВН/НР ручка 11Б27фтМ с переходником, труба нержавеющая 12 мм 08Х18Н10Т (ЭИ914) ГОСТ 9941-81, ротаметр АР-40-КР1-Р.
Таким образом, предлагаемая установки для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия позволяет повысить точность и равномерность распределения упрочняющей фазы сплава по сечению отливки.
Источники информации:
1. Алюминиевые композиционные сплавы - сплавы будущего: Учебное пособие / Сост. А.Р. Луц, И.А. Галочкина. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013 - 82 с.
2. Литые дисперсно-упрочненные алюмоматричные композиционные материалы: изготовление, свойства, применение / Чернышова Т.А., Курганова Ю.А., Кобелева Л.И., Болотова Л.К. - Ульяновск: Ульяновский гос. техн. ун-т, 2012 - 295 с.
3. Патент RU 2666197 С2, 06.09.2018.
4. Патент RU 2680814 С2, 27.02.2019.