способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов

Формула изобретения

1. 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, выполненного из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия или из чистого титана, отличающийся тем, что калибр выполняют из листового материала прямоугольного сечения, высота которого составляет 15-30 мм, толщина 10-40 мм, в виде полого замкнутого контура, наружный геометрический профиль которого идентичен наружному профилю выходного сечения матрицы и превышает его габаритные размеры в 1,02-1,1 раза, калибры последовательно после прессования очередных 3-10 порций шихты размещают с прессуемым материалом в матрице таким образом, что их боковую наружную поверхность устанавливают параллельно оси прессования и запрессовывают в тело электрода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибр выполняют в виде 1,1-2,1 витков спирали.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибр выполняют в виде незамкнутого контура.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу полунепрерывного прессования расходуемых электродов из шихтовых материалов титановых сплавов, используемых в электрометаллургии.

Известен способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (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°С 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, увеличивается 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов (патент РФ №2120351, МПК B 22 F 3/20). В известном изобретении перед засыпкой первой порции шихты очередного изделия через матрицу проталкивают калибр в виде диска толщиной 20-100 мм и диаметром на 5-25 мм больше калибрующего отверстия матрицы и изготовленного из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия, или из чистого титана. При этом снижается трудоемкость операции удаления налипшего металла ("рубашки") со стенок матрицы, повышается качество прессуемых изделий.

Недостатком данного изобретения является невозможность удаления налипшего металла в процессе рабочей части прессования, из-за чего по мере формирования электрода происходит нарастание "бороды", влияющее на качество завершающей части прессованного изделия. При неблагоприятном развитии процесса возможно критическое налипание объема металла, приводящее к получению бракованной продукции.

Задачей изобретения является недопущение образования на поверхности матрицы объема налипшего металла, вызывающего ухудшение качества прессуемого электрода.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение качества прессуемого электрода за счет своевременного удаления со стенок матрицы налипшего металла ("рубашки"), повышение прочности и эксплуатационных свойств 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 изделия через матрицу шайбой с пресс-штемпелем за один проход, а также проталкивание через матрицу калибра, выполненного из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия или из чистого титана, калибр выполнен из листового материала прямоугольного сечения, высота которого составляет 15-30 мм, толщина 10-40 мм, в виде полого замкнутого контура, наружный геометрический профиль которого идентичен профилю выходного сечения матрицы и превышает его габаритные размеры в 1,02-1,1 раза, калибры последовательно, после прессования очередных 3-10 порций шихты, размещаются с прессуемым материалом в матрице таким образом, что их боковая наружная поверхность устанавливается параллельно оси прессования и запрессовываются в тело электрода.

Возможно также при прессовании электрода использовать калибр, выполненный в виде 1,1-2,1 витков спирали.

Возможно также при прессовании электрода использовать калибр, выполненный в виде незамкнутого контура.

Рабочие кромки калибров, используемых как в прототипе, так и в предлагаемом изобретении, однотипны и образованы одинаковыми поверхностями - нижней торцевой и наружной боковой. Механизм их работы одинаков - по мере продвижения по фильере матрицы режущая кромка калибра счищает налипший на стенки матрицы металл. Однако использование калибра из листового материала позволяет изготовлять их с геометрическими наружными размерами большими, чем дисковые (например: при прессовании электрода диаметром 600 мм листовой калибр превышает диаметр калибрующего отверстия матрицы до 60 мм, а дисковый максимально на 25 мм), это позволяет очищать от "рубашки" значительно большую конусную часть матрицы. При этом за счет податливости шихты, которая заполняет внутреннюю полость калибра, усилия при проталкивании калибра значительно ниже, а наружный контур с режущими кромками копирует внутреннюю поверхность матрицы. Усилия необходимые для деформации калибра в осевом направлении можно регулировать: для увеличения, выполняя калибр в виде концентрической спирали, а для уменьшения - в виде незамкнутого профиля. Возможность использования калибров непосредственно в процессе прессования электрода позволяет активно вмешиваться в технологический процесс, регулируя величину налипания шихтовых материалов на стенки матрицы "бороды". Результатом этого является снижение усилий прессования, повышение стойкости матрицы и пресс-штемпеля. Дополнительным, очень существенным положительным эффектом использования листовых калибров является упрочнения электродов. Запрессованный в электрод листовой калибр выполняет функцию обруча, повышая плотность запрессовки электрода и его прочность. Сечение металлической полосы, из которой изготовляются калибры (высота равна 15-30 мм, толщина 10-40 мм), подобрано опытным путем из условий сохранения достаточной жесткости калибра при минимальных затратах, состоящих из затрат на материал и трудоемкости изготовление калибров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 изображена схема прессования электрода, где 1 - калибр, 2 - матрица, 3 - электрод (готовое изделие), 4 - налипы металла (рубашка), 5 - пресс-шайба, 6 - пресс-штемпель, S - толщина листа калибра, В - высота листа калибра. На фиг.2 приведены типы калибров, где 7 - круговой, 8 - выполненный в виде спирали, 9 - прямоугольный, 10 - с незамкнутым контуром.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях прессового цеха плавильно-литейного завода при прессовании расходуемых электродов сплава Вт1-0 диаметром 515 мм, весом 3800 кгс, длиной 4800 мм из шихты с добавлением 15% возвратных отходов в виде обрези и стружки. Для удаления образующейся на стенках матрицы "рубашки" использовали калибры в виде полого круга наружным диаметром 560 мм, высотой 20 мм и толщиной 15 мм, изготовленные из титанового сплава ВТ1-0. Количество используемых калибров - 5 шт., калибры устанавливались в среднем после 7 запрессовок шихты.

Использование предлагаемого способа полунепрерывного прессования изделий обеспечивает получение электродов с допустимой кривизной и минимальными трещинами за счет своевременного и качественного удаления "рубашки" со стенок матрицы. Своевременное удаление "рубашки" позволяет устранить неравномерность прессования, 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.