Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf

Рис, 38. Изложницы для закалки металла яря ПВС

77

Длина таких образцов ограничи­ вается только лишь конструкци­ ей установок. Устройство для

закристаллизовать каплю в индукторе, благодаря чему получают образцы шарообразной формы.

ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВОВ

■Сплавы серебра и меди удается стабильно плавить во взвешенном состоянии, хотя при температуре плав­ ления они обладают сравнительно невысоким яоверхностны'М натяжением. Сплавы на основе серебра, как пра­ вило, готовить неизмеримо проще, чем медные. Полу­ чение сплавов .меди затруднено, поскольку вследствие большой удельной плотности меди даже незначительное количество поверхностно активных примесей (кислоро­ да и серы) существенно оказывается на поверхностном ■натяжении. Тем не менее в очень чистых условиях уда­ лось приготовить большое 'количество сплавов меди с алюминием, никелем, железом и другими металлами. Попытка сплавить медь с ниобием оказалась безуспеш­ ной, поскольку жидкая медь частично сливалась еще до полного расплавления ниобиевой капсулы, а .в гото­ вом слитке наблюдали расслоение меди и ниобия. Тем­ пература образцов -меди при ПВС в атмосфере аргона

78

рис. 40. Несмотря на сравнительно высокую скорость закалки ( ~ 1 0 4 град/с), при кристаллизации слитка все

же -образовывались -ми-кровключения -второй <фазы, яв­ ляющиеся закисью меди. Размер этих включений иног­ да достигал 50 маем. Результаты измерения микротвер­ дости отожженных образцов меди с содержанием кис­ лорода от 0,02 до 0,6 представлены на рис. 41. Оказа­ лось, что почти двукратного увеличения прочности меди за счет дисперсных включении закиси меди можно до-

79

биться введением в жидкий металл примерно кислорода с доследующей быстрой закалкой.

Капли жидкого алюминия и сплавов на его основе стабильно удерживаются во взвешенном состоянии в те­ чение длительного времени. Объем жидкого алюминия при ПВС зависит от количества алюминия в сплаве и увеличивается с ростом его содержания, достигая в слу­ чае чистого металла 70— 120 ,г [70]. Устойчивость жид­ кой капли не нарушается даже при введении в расплав длинных алюминиевых прутков диаметром до 25 мм, хо­ тя в случае других металлов это приводит к сливу капли.

Сплавы, содержащие алюминий, легко окисляются даже при очень низком окислительном потенциале газо­ вой фазы, в результате чего на поверхности капли об­ разуется окисная пленка, которая может исчезнуть с повышением температуры. Эта пленка не влияет на ин­ тенсивность перемешивания жидкого металла под дей­ ствием электромагнитных сил, хотя при этом она может разрываться. В некоторых случаях пленка предотвріащает слив металла. При возрастании окислительного по­ тенциала газовой фазы на поверхности алюминиевого расплава образуется более плотная окисная пленка, ко­ торая покрывает всю каплю и препятствует получению отливки нужной формы. Ввиду этого одним из условий получения удовлетворительных по поверхности и струк­ туре слитков алюминиевых сплавов методом ПВС явля­ ется чистота по кислороду на всех этапах приготовления сплава. В работах [3] отмечено, что поскольку в усло-

Р»с. 41. Зависимость микротвоцарсти образцов маши от содержа­ ния кислорода после отжига при 450°С (1) и 550 С (2)

80

образуется, он должен сливаться из индуктора в усло­ виях вакуума. В этих опытах алюминий действительно быстро сливался в вакууме, даже если он был расллавлен в индукторе, который хорошо удерживал жидкий алюминий три атмосферном давлении. Однако это не нашло 'подтверждения в других работах.

Методом ПВС для различных исследовательских це­ лей получены сплавы алюминия с титаном, хромом, же­ лезом, никелем, ниобием и другими металлами. Содер­ жание алюминия в этих сплавах доведено до 1 0 % [2 2 , с.

275; 52]. Химичеокий состав, чистота и равномерное рас­ пределение алюминия в слитках отвечают поставленным задачам.

Некоторые трудности встречаются при получении слитков алюминиевых сплавов, когда растворимость ле­ гирующего компонента в твердой матрице невелика. Так, равновесная растворимость золота в твердом алю­

ным содержанием этих компонентов усложняется фазо­ выми превращениями, которые сопровождаются оегре-

81

рационными явлениями. Некоторого снижения этих яв­ лений удается добиться за счет подбора скоростей закалки жидкого сплава. Однако указанных явлений не удалось избежать даже при больших скоростях закалки, которые возможны при сливе .металла во время ІІВС в медные водоохлаждаемые изложницы. Тем не менее чис­ тота и структура этих слитков была удовлетворительной, поскольку получали равномерно распределенные части­ цы, выпадавшие из твердого раствора.

Плавку алюминиевых капсул проводят при понижен- . ном давлении газовой фазы в реакционной камере, по­ казанной на рис. 42 [69]. Потеря алюминия за счет ис­ парения в процессе ПВС при 1300°С не превышает 0,014%. Разливку алюминиевого сплава осуществляют

вводоохлаждаемые медные или графитовые изложницы.

Внекоторых случаях для обеспечения повышенной чис­ тоты сплавов медные изложницы хромируют, а графи­ товые — покрывают тонким слоем глинозема.

Всвязи со сложностью процесса кристаллизации алюминиевого сплава с бором и низкой растворимостью

бора в твердом алюминии отклонение содержания бюра от среднего иногда доходит до 10% (оти.). При рассмот­ рении микроструктуры сплава А1—В хорошо видны .мел­ кие и равномерно распределенные иглы АіВ2 в алюми­

ниевой матрице. Поэтому сплавы с малой раствори­ мостью легирующего компонента подвергают гомогени­ зации, благодаря которой удается получить более равно­ мерную структуру. Следует упомянуть, что выплавка сплавов алюминия с бором в тигле индукционной печи вообще не удается вследствие неполного растворения бора в жидком алюминии и сильного загрязнения сплава компонентами огнеупора. В сплавах алюминия с марган­ цем обнаружено настолько равномерное распределение марганца' по сечению слитка, что не требовалось допол­ нительной термической обработки для гомогенизации. Результаты прецизионного аналитического контроля

•показали, что различие концентрации легирующих ком­ понентов в литых и деформированных образцах не пре­ вышало 0,1—0,5% (отн.).

Методом ПВС выплавляли двойные сплавы алюми­ ния с ураном, имеющим также малую растворимость в твердом алюминии [69]. Эти сплавы имели высокую чистоту и удовлетворительную структуру. Благодаря получению высококачественных слитков разработали

82