способ получения лигатуры цирконий-ниобий

Формула изобретения

1. Способ получения лигатуры цирконий-ниобий, включающий сплавление компонентов лигатуры, отличающийся тем, что основной компонент - цирконийсодержащий материал укладывают на дно кристаллизатора электронно-лучевой установки, на него загружают легирующий компонент - ниобий, расплавляют под действием электронного луча сначала ниобий, после чего осуществляют расплавление цирконийсодержащего материала в сочетании с электромагнитным перемешиванием расплавов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующего компонента используют чистый ниобий, который загружают на цирконий и расплавляют под действием электронного луча.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующего компонента используют ниобий после однократного электронно-лучевого переплава, который расплавляют, а затем рафинируют с использованием электромагнитного перемешивания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующего компонента используют ниобий после восстановительной плавки, который расплавляют, а затем рафинируют с использованием электромагнитного перемешивания.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего материала используют производственные обороты циркония.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего материала используют кусочки иодидного циркония.

7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего материала используют магниетермическую губку циркония.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения лигатур, и может быть использовано для получения сплавов циркония, применяемых в атомной энергетике и химическом машиностроении.

Известен способ получения лигатур непосредственным сплавлением металлов, при котором в специальном агрегате расплавляют основной компонент лигатуры и перегревают его. Затем в расплав вводят легирующие компоненты в твердом или жидком состоянии. Температуру сплава доводят до необходимого уровня, производят металлургическую обработку и затем расплав разливают в чушки или плиты (Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Добаткин В.И. и др. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1978. - с.95-96).

Недостатком данного способа является то, что в случае получения лигатуры цирконий-ниобий при подаче компактных кусков ниобия, имеющего температуру плавления 2420°С, в расплав циркония, температура плавления которого 1852°С, не обеспечивается полного растворения ниобия и всегда существует опасность попадания в слиток лигатуры кусочков нерасплавленного ниобия, которые в дальнейшем дают локальные включения или области химической неоднородности в слитках циркониевых сплавов. В случае подачи ниобия в жидком состоянии в расплав циркония требуется применение специального плавильного агрегата для расплавления ниобия и системы подачи расплава в вакууме вследствие высокой химической активности ниобия.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение однородной по химическому составу лигатуры цирконий-ниобий без значительных затрат.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения лигатуры, включающем сплавление компонентов лигатуры, основной компонент - цирконийсодержащий материал укладывают на дно кристаллизатора электронно-лучевой установки, поверх него загружают легирующий компонент - ниобий, расплавляют под действием электронного луча сначала ниобий, после чего осуществляют расплавление цирконийсодержащего материала в сочетании с электромагнитным перемешиванием расплавов.

В частном варианте выполнения способа в качестве легирующего компонента используют чистый ниобий, который загружают поверх цирконийсодержащего материала и расплавляют под действием электронного луча.

В частном варианте выполнения способа в качестве легирующего компонента используют ниобий после однократного электронно-лучевого переплава, который расплавляют, а затем дополнительно рафинируют с использованием электромагнитного перемешивания.

В частном варианте выполнения способа в качестве легирующего компонента используют ниобий после восстановительной плавки, который расплавляют, а затем рафинируют с использованием электромагнитного перемешивания.

В частном варианте выполнения способа в качестве цирконийсодержащего материала используют производственные обороты циркония.

В частном варианте выполнения способа в качестве цирконийсодержащего материала используют кусочки иодидного циркония.

В частном варианте выполнения способа в качестве цирконийсодержащего материала используют магниетермическую губку циркония.

На чертеже приведена фотография макроструктуры слитка лигатуры цирконий - 6,5% ниобия.

Примером осуществления предлагаемого способа является получение слитка лигатуры цирконий - 6,5% ниобия в электронно-лучевой гарнисажной установке ВДЛ-4М, оснащенной системой электромагнитного перемешивания. На дно кристаллизатора укладывали цирконийсодержащий материал в виде оборотов производства бинарного сплава цирконий - 1,0% ниобия массой 75 кг. Сверху укладывали темплет ниобия, отрезанный от слитка двукратного электронно-лучевого переплава массой 4,45 кг. Печь вакуумировали, проверяли и рассчитывали натекание, которое не превышало 25 л × мм рт.ст/с.

Под действием электронного луча расплавляли темплет ниобия, затем осуществляли расплавление оборотов циркония, включали систему электромагнитного перемешивания, проводили усреднение состава расплава и слив расплава в медную форму. В результате получали слиток однородный по структуре с отсутствием кусочков нерастворившегося ниобия (см. фото) и химическому составу.

От литниковой, средней и донной частей полученного слитка отбирали пробы для определения содержания ниобия. Для получения сравнительных данных аналогично исследовали слиток лигатуры того же состава, полученный по наиболее близкому способу. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Сравнение химического состава слитков по предлагаемому и наиболее близкому способам свидетельствует о решении поставленной задачи.

Полученные слитки лигатурного сплава были переведены в стружку, которая была использована для выплавки слитков циркониевого сплава цирконий - 1% ниобия, полностью удовлетворяющих требованиям нормативной документации.

Таблица 1
Способ получения лигатуры	Часть слитка для исследования состава	Содержание ниобия, %
Предлагаемый	Литниковая	6,78
	Средняя	6,43
	Донная	6,54
По наиболее близкому аналогу	Литниковая	4,72
	Средняя	6,34
	Донная	7,26