способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов

Формула изобретения

Способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов, включающий засыпку шихты порциями в конусную матрицу, прессование и проталкивание изделия через матрицу шайбой с пресс-штемпелем за один проход, а также проталкивание через матрицу калибра в форме диска перед засыпкой первой порции шихты очередного изделия, отличающийся тем, что калибр имеет диаметр на 5-25 мм больше диаметра калибрующего отверстия матрицы, толщину 20-100 мм и выполнен из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия или из чистого титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении расходуемых электродов титановых сплавов методом полунепрерывного прессования через проходную конусную матрицу.

Известен способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу шихтовых материалов в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки (Плавка и литье титановых сплавов под ред. В.И.Добаткина, М.,Металлургия, 1978, с.265-271, рис.107, 108).

Известный способ прессования позволяет получить достаточно длинный и однородный в поперечном сечении электрод с хорошей поверхностью и допустимой кривизной из сыпучих материалов, отличающихся друг от друга по форме, плотности, массе, размерам, коэффициенту трения между собой и стенками матрицы. Рабочая матрица подогревается до 100 - 200^oC с целью получения оптимального коэффициента трения между электродом и стенками матрицы. Основным компонентом шихты (60 - 95%) является губчатый титан, который, схватываясь в процессе прессования со стенками матрицы, образует устойчивую "рубашку" между электродом и стенками матрицы. При наращивании "рубашки" в процессе прессования электроды начинают искривляться, поверхность электродов, соприкасаясь не с матрицей, а с налипшим металлом, теряет свою сплошность (трескается) и цилиндричность (на ней образуются широкие продольные борозды). При этом электрод проталкивается через матрицу рывками. Это приводит к снижению плотности и прочности электрода, увеличивает вероятность его ломки при правке и транспортировке. Подобный процесс особенно характерен для сплавов с малым количеством лигатуры и отходов.

Недостатком известного способа является сложность удаления налипшего на стенки матрицы металла.

Известен способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов, в котором повышение качества прессованного изделия достигается за счет очистки матрицы от налипшего металла после каждой прессовки путем применения пресса комбинированного действия (прямого и обратного прессования). См. кн. Павлов В.А. и др. Обработка давлением порошков цветных металлов. М., Металлургия, 1977 г., с.81.

Для прессования расходуемых титановых электродов с разнородной шихтой обратный метод прессования невозможен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов (см. патент СССР N 1814797, МПК B 22 F 3/20 публ. 1993 г.).

Удаление "рубашки" со стенок матрицы производится следующим образом. Перед засыпкой порции шихты очередного изделия через матрицу проталкивают калибр в виде диска, имеющий нижнюю и верхнюю плоскости, соответствующие требуемой форме торцев изделия, и выточку на цилиндрической боковой поверхности, причем диск выполняют с диагональю поперечного сечения, равной диаметру прессованного изделия, а калибр используют составным из отдельных сегментов весом 3 - 10 кг.

Недостатком наиболее близкого аналога является высокая трудоемкость установки такого калибра на пресс, а также невозможность вовлечения изношенного калибра в состав прессуемых изделий.

Предлагаемое техническое решение направлено на снижение трудоемкости операции удаления налипшего металла со стенок матрицы, повышение качества прессуемых изделий и вовлечение изношенного калибра в состав прессуемого изделия.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов, включающем засыпку шихты порциями в конусную матрицу, прессование и проталкивание изделий через матрицу шайбой с пресс-штемпелем за один проход, а также проталкивание через матрицу калибра в форме диска перед засыпкой первой порции шихты очередного изделия, калибр имеет диаметр на 5 - 25 мм больше диаметра калибрующего отверстия матрицы, толщину 20 - 100 мм и выполнен из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия, или из чистого титана.

Размеры диска обусловлены необходимым качеством очистки стенок матрицы и минимальной трудоемкостью при использовании диска. При толщине диска менее 20 мм удаление "рубашки" не происходит, а сам диск искривляется и становится непригодным для дальнейшего использования. Увеличение толщины диска более 100 мм, во-первых, повышает вес диска, что усложняет операцию его загрузки и выгрузки с пресса и, во-вторых, в связи с тем, что диаметр диска превышает диаметр калибрующего отверстия матрицы, такой диск может создать в калибрующей части матрицы противодавление (за счет сил трения о стенки матрицы), превышающее давление прессования, что приведет к остановке пресса.

Превышение диаметра диска на 5 - 25 мм диаметра калибрующего отверстия матрицы обусловлено тем, что "рубашка" создается выше калибрующей цилиндрической части матрицы, в ее конусной части и для успешного удаления "рубашки" диск должен иметь диаметр, равный диаметру "рубашки" или чуть меньше, чтобы оставшаяся часть была настолько незначительной, что не оказывала сколько-нибудь значительного влияния на характер прессования.

Уменьшение диаметра диска менее 5 мм относительно диаметра калибрующего отверстия матрицы не способствует удалению "рубашки".

Увеличение диаметра диска более чем на 25 мм относительно калибрующего диаметра матрицы приводит к тем же последствиям, что при увеличении толщины калибрующего диска более 100 мм, т.е. за счет сил трения между диском и стенками матрицы может возникнуть такое противодавление, которое превысит максимум возможного давления прессования и вызовет остановку пресса.

Использование предлагаемого способа прессования изделий из шихтовых материалов обеспечивает получение электродов с допустимой кривизной и минимальными трещинами за счет своевременного и качественного удаления налипшего металла со стенок матрицы и позволяет заметно снизить трудоемкость процесса удаления "рубашки" за счет конструкции используемого калибра. Кроме того, своевременное удаление "рубашки" позволяет устранить неравномерность прессования и проталкивания электрода через матрицу, что в дальнейшем улучшает параметры плавления электрода, повышает однородность структуры литого металла. Использование калибра повышает срок службы матрицы и пресс-шайбы за счет стабилизации режима прессования. Кроме того, вовлечение изношенного калибра в состав прессуемого изделия позволяет экономить дорогостоящее сырье (титановую губку) и частично повышает выход годного.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый калибр, установленный в матрице, где: 1 - калибр; 2 - матрица; 3 - калибрующее отверстие матрицы 2; 4 - "рубашка" из налипшего металла, образующаяся на стенках матрицы 2; 5 - прессуемый электрод; d₁ - диаметр калибра 1; h - толщина калибра 1; d₂ - диаметр калибрующего отверстия матрицы 2.

Процесс прессования по предложенному способу осуществляется следующим образом.

При прессовании партии электродов из шихты с малым количеством отходов каждый электрод визуально осматривают и определяют наличие "рубашки" на стенках матрицы по следующим признакам:

кривизна электродов;

мелкие поперечные трещины не только между отдельными спрессованными порциями, но и на поверхности самих порций;

продольные широкие борозды на цилиндрической поверхности электрода по всей его длине, характеризующие, что электрод в матрице соприкасается не с ее стенками, а с "рубашкой". После засыпки последней порции шихты перед прессованием очередного электрода в матрицу устанавливают калибр, засыпают сверху первую порцию шихты следующего электрода и пресс-штемпелем с фигурной шайбой прессуют электрод и проталкивают через матрицу.

В процессе проталкивания калибра он приобретает форму сферы с вершиной внизу. При следующем использовании этого калибра его переворачивают, чтобы сфера была вверху. Это позволяет многократно использовать один и тот же калибр. В процессе его постепенного износа (уменьшается диаметр) калибр оставляют на электроде и сплавляют вместе с ним, чтобы не выбрасывать металл, который имеет тот же сплав, что и электрод или сплав основы сплава электрода. Например, при прессовании электродов титановых сплавов используется калибр из технически чистого титана T1, Gr1, T2, Gr2, которые могут сплавляться с этими же сплавами или такими, как Вт1-0, Вт1-00, ОТ4, 3М, Вт6. В процессе плавления химическая неоднородность калибра и шихты электрода выравнивается.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях прессового участка плавильно-литейного цеха при прессовании расходуемых электродов титановых сплавов T1, T2 диаметром 515 мм, весом 3200 кгс, длиной до 4000 мм из шихтовых материалов (титановой губки) с добавкой от 5 до 25% возвратных отходов в виде стружки, обрези, кусков. Для удаления "рубашки" со стенок матрицы использовали калибры: N 1 - диаметром 520 мм и толщиной 100 мм; N 2 - диаметром 540 мм и толщиной 20 мм. Были получены положительные результаты: калибры устанавливали и проталкивали без затруднений; очистка стенок матрицы - качественная.

Попытка использовать калибры диаметром 510 мм и толщиной 15 мм привела к тому, что "рубашка" осталась на стенках матрицы, а калибр смялся. При использовании калибра диаметром 545 мм и толщиной 110 мм произошла остановка пресса из-за превышения давления прессования при проталкивании калибра.