способ производства слитков титановых сплавов

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЛИТКОВ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий подготовку шихты, прессование расходуемых электродов с введением в каждую порцию шихты при прессовании электрода двуокиси титана и алюминия и переплав электродов, отличающийся тем, что, с целью экономии металла, электроэнергии и снижения трудоемкости, используемые компоненты берут фракции - 2 мм в соотношении, мас.%:

Двуокись титана - 15 - 20

Алюминий - Остальное

и перед вводом в порцию шихты их перемешивают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу легирования титановых сплавов кислородом при выплавке слитков методом вакуумного дугового переплава с расходуемым электродом.

Известна лигатура для производства титановых сплавов, содержащая алюминий, кислород и титан и способ введения указанной лигатуры в шихту при ВДП слитков титановых сплавов с целью легирования их кислородом.

Недостатком прототипа является необходимость предварительной выплавки лигатуры методом ВДП с расходуемым электродом и разделения лигатуры на заданные фракции, что увеличивает расход металла, электроэнергии, повышает трудоемкость процесса.

Изобретение направлено на решение ряда задач: экономию металла, электроэнергии и снижение трудоемкости процесса за счет исключения операции вакуумного дугового переплава слитков лигатуры и дробления этих слитков и кусков лигатуры до заданной фракции.

Это достигается тем, что в способе производства слитков титановых сплавов, включающем подготовку шихты, прессование расходуемых электродов с введением в каждую порцию шихты при прессовании электрода двуокиси титана и алюминия и переплав электродов, используемые компоненты берут фракции (-2) мм в соотношении: двуокись титана 15...20%; алюминий - остальное и перед вводом в порцию шихты их перемешивают.

Использование шихтовых материалов фракции (-2) мм необходимо для обеспечения протекания алюминотермической реакции восстановления алюминия и титана из двуокиси титана. Нижний предел крупности шихтовых материалов (Al и TiO₂) определяется условиями пожаро- и взрывобезопасности процесса и составляет, согласно действующим нормативам, десятки микрон.

Содержание алюминия 80% и двуокиси титана 20% определяется термичностью процесса восстановления TiO₂. При этом содержании алюминия выделяется необходимое количество тепла, обеспечивающее получение требуемого состава сплава системы Al-Ti-O непосредственно в прессованном электроде при его сплавлении методом ВДП. Реакция восстановления начинается при расплавлении алюминия и его перегреве до температуры выше 90^оС. Такая температура при ВДП прессованного электрода существует на определенном расстоянии от оплавляемого торца. Таким образом реакция восстановления и образования лигатуры проходит внутри прессованного электрода. На оплавляемом торце электрода лигатура с заданными физическими параметрами, необходимыми для получения бездефектного металла (температура плавления и плотность должны быть ниже, чем данные параметры для расплавленного титанового сплава).

Содержание алюминия 85% и двуокиси титана 15% определяется составом лигатуры, обеспечивающим заданную температуpу плавления и плотность лигатуры, а также оптимальностью порции вводимой лигатуры.

При пониженном содержании алюминия не обеспечивается требуемая термичность процесса. При содержании алюминия более 85% и двуокиси титана менее 15% значительно необоснованно возрастает масса порции вводимой лигатуры, что не технологично. При содержании двуокиси титана более 20% и алюминия меньше 80% могут возникнуть тугоплавкие газонасыщенные включения, приводящие к дефектам в слитках.

Использование изобретения позволит снизить трудоемкость процесса выплавки слитков и повысить его производительность за счет исключения операций предварительной выплавки лигатуры методом вакуумного дугового переплава и разделения лигатуры на куски. При этом существенно экономится сырье: дефицитный губчатый титан и электроэнергия. Качество слитков, полученных предлагаемым способом, полностью соответствует требованиям действующих ТУ и ОСТ.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях плавильно-литейного завода ВСМПО. Производили выплавку двойным вакуумным дуговым переплавом слитков диаметром 440 мм и массой 600 кг сплава ВТ6 с дополнительным легированием каждого cлитка 0,05 мас.%. кислорода. Расходуемые электроды диаметром 260 мм и массой по 300 кг прессовали из порции шихты массой 15 кг. В каждую порцию шихты вводили расчетное количество двуокиси титана (TiO₂ и Al навешивали раздельно, затем навески объединяли и тщательно смешивали. Полученную навеску упаковывали в алюминиевую фольгу и подавали в каждую порцию шихты при прессовании расходуемого электрода.

Полученные слитки обтачивали, проверяли в иммерсионном варианте наличие дефектов методом УЗК, анализировали химический состав. Из слитков изготавливали полуфабрикаты (прутки диаметром 25 мм и листы). Изучали поведение TiO₂ и Al в остатках прессованных электродов специально недоплавленных при ВДП. На расстоянии 20 мм от торца обнаружена пустота (раковина), которая образовалась в зоне, где находилась порция TiO₂ и Al. Вокруг раковины располагался плавленный металл - лигатура, содержащий 6-8% кислорода, 30-60% алюминия и остальное - титан.

Вверху прессованного электрода на расстоянии 80 мм от торца располагалась следующая порция TiO₂ и Al, которая сохранила первоначальный прессованный вид - без каких-либо следов е плавления. Таким образом, наглядно показано протекание реакции восстановления TiO₂и образование лигатуры непосредственно внутри прессованного электрода до выхода данной порции на оплавляемый торец электрода. Данные проведеннных опытов и их результаты приведены в таблице.