Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЕКОРИРОВАНИЯ ЛУНКИ ПРИ ЛИТЬЕ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ ПОЛУНЕПРЕРЫВНЫМ СПОСОБОМ

Изобретение относится к области литейного производства, в частности, к литью слитков из алюминия и алюминиевых деформируемых сплавов полунепрерывным способом, которые в дальнейшем идут на переработку в металлопродукцию (лист, прутки, профили и др.) с применением различных деформационных технологий.

При литье слитков из различных металлов и сплавов полунепрерывным способом одним из факторов, определяющих формирование структуры и качества слитка, является контур лунки жидкого металла в кристаллизаторе (граница между жидким и затвердевшим металлом), в связи с чем возникает необходимость иметь данные о его геометрии, для чего с целью установления этого параметра применятся различные методы и средства.

Известен способ определения контура лунки с применением метода ультразвукового сканирования, который осуществляется путем прямого введения в лунку волновода [Хныкин А.В. Система контроля геометрических параметров лунки в процессе непрерывного литья алюминиевых сплавов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.11.13. Красноярск, 2006. 19 с. (http://tekhnosfera.com/view/167572/a#?page=18). Садыков Ж.Б. Разработка электромагнитного акустического преобразователя для контроля литья // Сборник научных трудов XIX Всероссийской научно-практич. конф. Томск: Изд-во Томского политехнического унта, 2015. С. 156-160. (http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2014/С10/С10.pdf.)]

Недостатками способа являются:

1) необходимость наличия сложной ультразвуковой техники;

2) необходимость привлечения к работе оператора высокой квалификации для обслуживания ультразвуковой техники;

3) невозможность получить точный контур лунки за одно лоцирование, т.к. волновод нельзя ввести по центру введения струи металла, заливаемого в кристаллизатор;

4) ненадежность акустического контакта между датчиком (волноводом) и затухание ультразвуковых волн в горячем металле.

Поэтому применятся такая сложная процедура, при которой ультразвуковой датчик равномерно перемещается в лунке, излучая через равные промежутки времени ультразвуковую волну. Находящийся в противоположной стороне второй ультразвуковой датчик, принимает отраженную волну. Зная время прохождения сигнала от первого ко второму датчику, можно определить глубину лунки в месте зондирования. Прозондировав лунку в нескольких местах, можно построить двумерное изображение лунки. Программное обеспечение производит аппроксимацию и получает недостающие точки сечения лунки.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения контура лунки путем заливки в лунку в процессе литья слитка чужеродного материала, такого, например, как свинец, что применялось при литье слитков из рафинированной меди [Спиридонов Д.В., Шутов И.В., Верзилов А.П. Особенности применения огнеупоров при производстве и разливке рафинированной меди // Современные огнеупоры: ресурсосбережение и применение в металлургических технологиях: Сб. научных трудов. Донецк: Ноулидж. 2013. С. 113-121. (http://steeltimes.ru/conferences/conferences/2013/refractories/15/15.php)], а также из медно-никелевого сплава МНЖ 5-1 [Сулицин А.В., Лащенко Д.Д., Мысик Р.К. и др. Изучение процесса затвердевания круглого слитка медно-никелевого сплава МНЖ 5-1 при полунепрерывном литье // Цветные металлы. 2015. №2. С. 71-74.].

Недостатками этого способа являются:

1) из-за большего удельного веса свинца по сравнению с удельным весом основного сплава, а также его высокой жидкотекучести, свинец в процессе его заливки сливается в нижнюю часть лунки, что не обеспечивает точное воспроизводство ее контура;

2) после отрезки части слитка, в котором находится оконтуренная свинцом лунка, эта часть слитка представляет собой опасность попадания в шихту, что может загрязнить последующие плавки;

3) необходимость приобретения свинца, наличия места для его хранения и наличия специального печного агрегата для его расплавления.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения контура лунки при литье слитков из алюминия и алюминиевых сплавов, который исключает недостатки указанных выше способов.

Техническим результатом изобретения является определение контура лунки в результате введения в жидкий металл в кристаллизаторе нанопорошков тугоплавких химических соединений, одной из главных особенностей которых является малый размер частиц, величина которых не превышает 100 нм (1 нанометр = 1×10^-9 м), в связи с чем нанопорошки успешно применяются для модифицирования (измельчения структуры) металлических композиций, в частности, нанопорошки карбида бора B₄C, нитрида тантала TaN, нитрида бора BN и нитрида титана TiN применяются при литье литейных алюминиевых сплавов [А.с. СССР №№831840, 839680, 1157104 и патент РФ №2475334], нанопорошок гексаборида лантана LaB₆, а также смесь нанопорошков нитрида алюминия AlN и нитрида титана TiN применяются при приготовлении алюминиево-титановой лигатуры [А.с. СССР №1168622], нанопорошок оксида алюминия Al₂O₃ применяется при литье чугуна [Патент РФ №2080961].

Пример. В процессе литья полунепрерывным способом слитка ∅120 мм из алюминиевого деформируемого сплава Д16 в жидкий металл в кристаллизаторе вливали композицию, состоящую из жидкого сплава Д16 и нанопорошка нитрида титана TiN, которую готовили путем отбора порции сплава Д16 из миксера с введением в него нанопорошка нитрида титана TiN в объеме прутка ∅9,5 мм, отпрессованного по технологии, описанной в патенте [А.с. СССР №1168622 Способ модифицирования сплава алюминий-титан и состав для модифицирования сплава алюминий-титан / Г.Г. Крушенко, Б.А. Балашов, Т.Н. Миллер, М.Б. и др. // БИ. - 1985. - №27] из «сечки» (частицы ∅2,0…2,5 мм, высотой 1,5…2,0 мм, получаемых нарезанием алюминиевой проволоки из сплава Д16) и нанопорошка нитрида титана TiN. При этом объем вливаемой в кристаллизатор указанной композиции, соответствовал такому количеству, чтобы содержание нанопорошка нитрида титана TiN в сплаве Д16 не превышало 0,05 масс. %.

Затем отлитый слиток разрезали по центру вдоль оси, и на том его месте, в котором вводили декорирующую композицию, готовили шлиф, изучение которого показало контур лунки (Фиг. 1. Вид лунки на шлифе слитка ∅120 мм, отлитого полунепрерывным способом из сплава Д16. На фиг. 2. контур лунки выделен штриховой линией на шлифе слитка ∅120 мм. На фиг 1 и фиг. 2 ниже контура лунки видна обычная крупнокристаллическая структура слитка, а выше контура - измельченная структура, сформированная в результате введения в металл частиц нанопорошка нитрида титана TiN. Таким образом, при литье полунепрерывным способом слитка ∅120 мм, в результате введения в кристаллизатор нанопорошка нитрида титана TiN происходит декорирование лунки.