УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВОВ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Полезная модель относится к области металлургии, а именно - к устройствам для модифицирования сплавов.
Известно устройство для модифицирования сплавов цветных металлов [1], состоящее из емкости, в которую заливают сплав, индуктора и литейной формы (кристаллизатора). Недостатком данного устройства является то, что перед кристаллизацией при обработке магнитным полем и модифицировании происходит перемешивание расплавленного сплава, что приводит к загрязнению сплава шламами, к снижению качества слитка и его механических свойств.
Известно устройство для модифицирования и литья сплавов цветных металлов [2], содержащее емкость для сплава, насос с металлотрактом, источник магнитного поля в виде индуктора переменного магнитного поля, размещенного на металлотракте насоса вне емкости, литейные формы. Работает устройство следующим образом. После заливки расплава в емкость он подается с помощью насоса по металлотракту, модифицирование расплава осуществляется в металлотракте насоса путем его обработки переменным осесимметричным магнитным полем соленоида при пропускании сплава по оси симметрии магнитного поля. Недостатком данного устройства является сложность применяемого оборудования, слабый эффект модифицирования из-за недостаточной величины магнитной индукции (0,1…0,5 Тл) и невысокие механические свойства получаемых сплавов.
Наиболее близким [3] к предлагаемой полезной модели является устройство для модифицирования сплавов магнитным полем, включающее источник магнитного поля в виде индуктора, литейную форму, отличающееся тем, что индуктор магнитного поля представляет собой конусную индуктивную катушку, в которую установлен керамический желоб для протекания расплава, при этом катушка закреплена на стойках, с возможностью изменения угла наклона катушки относительно горизонтальной плоскости.
Недостатками данного устройства является невозможность получения расплава с минимальным содержанием неметаллических включений.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для модифицирования сплавов, позволяющего получать сплавы с повышенными механическими свойствами и минимальным содержанием неметаллических включений.
Для решения задачи в устройстве для модифицирования сплавов магнитным полем, включающем источник магнитного поля в виде индуктора, представляющего собой конусную индуктивную катушку, установленную на стойках, в которую установлен керамический желоб для протекания расплава, и литейную форму, широкая часть конуса расположена в верхней части устройства, по ходу протекания расплава.
На фигуре приведено заявленное устройство.
Устройство содержит конусную индуктивную катушку 1, в которую установлен керамический желоб 2 с воронкой 3. Катушка 1 закреплена на стойках 4, установленных на станине 5. Стойки 4 выполнены с возможностью изменения их высоты и обеспечивают изменение угла наклона α катушки 1. Конец желоба 2 подведен к литейной форме 6.
Работает устройство следующим образом. Расплав заливается в воронку 3. По мере его протекания по керамическому желобу 2 внутри конусной индуктивной катушки 1 происходит модифицирование расплава магнитным полем, затем расплав попадает в литейную форму 6.
Расположение в верхней части устройства широкой части конуса способствует возникновению градиента магнитного поля.
Данное устройство позволяет обеспечить более сильный модифицирующий эффект за счет усиления воздействий электромагнитных сил на расплав, способствующих торможению неметаллических включений (являющихся по физической сути диамагнетиками), что позволяет получать мелкозернистую структуру сплава, высокий уровень механических свойств и минимальное содержание неметаллических включений.
к
п
1
2
Пример: Исследовали влияние магнитного поля, наведенного с помощью предлагаемого устройства, на микроструктуру и механические свойства промышленного алюминиевого сплава АК7. Плавки проводили в печи сопротивления. Заливку образцов для изучения микроструктуры и механических свойств осуществляли через предлагаемое устройство в кокильную форму, причем угол наклона катушки α составлял около 45°. Сама конусная индуктивная катушка была намотана на трубчатый каркас диаметром d=35 мм из кварцевого стекла, куда вставлялся керамический желоб. Намотка выполнялась послойно, медным проводом (d=2 мм) с шелковой изоляцией. Число слоев намотки - 18. Число витков катушки равномерно уменьшалось - от 105 до 20. В результате такой намотки катушка имела форму усеченного конуса. Наибольший наружный диаметр катушки составлял d=135 мм, а наименьший - d=40 мм, высота катушки Н=310 мм. В процессе модифицирования расплава индукция по оси катушки может меняться в интервале от 0,1 до 0,7 Тл.
Металлографические исследования показали, что структура эвтектики в сплаве, подвергнутому воздействию магнитного поля, становится более дисперсной по сравнению с эвтектикой в структуре сплава, не обработанного магнитным полем.
Механические свойства и содержание неметаллических включений в сплаве АК7, подвергнутого воздействию магнитного поля при помощи предлагаемого устройства, приведены в таблице. Также в таблице приведены механические свойства и содержание неметаллических включений в сплаве АК7, обработанного магнитным полем при помощи известного устройства [3]. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что модифицирование магнитным полем сплава АК7 при помощи предлагаемого устройства дает более высокий уровень механических свойств и низкий уровень неметаллических включений, чем использование известного устройства [3].
Таблица - Влияние способа модифицирования магнитным полем на механические свойства сплава АК7
Способ модифицирования магнитным полем
Варьирование величины магнитной индукции во время обработки, Тл
Механические свойства
Неметаллические включения (типа Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), %
σ<sub>В</sub>, МПа
δ, %
Известный [3]
0,1…0,7
190…215
3,2…3,8
0,038…0,042
Предлагаемый
0,1…0,7
220…240
4,4…5,6
0,022…0,025
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Чухров М.В. Модифицирование магниевых сплавов. - М. Металлургия, 1972, С.148-169.
2. Патент RU 2230823 С2 7 C22F 3/00, B22D 21/00.
3. Патент на полезную модель RU 69072 U1 C22C 1/02.