способ получения слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты

Формула изобретения

Способ получения слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, включающий формирование расходуемого электрода из одного или нескольких прутков, полученных из слитков первого переплава, вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в кристаллизатор, отличающийся тем, что прутки изготавливают путем деформирования слитков первого переплава, полученных вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, со степенью вытяжки, определяемой выражением:

n= D²/d² (19,7 Т_k/T_c-18,6)/(T_k/T_c+2,86),

где n - степень вытяжки;

D - диаметр слитка вакуумной дуговой гарнисажной плавки;

d - диаметр прутка, полученного из слитка вакуумной дуговой гарнисажной плавки;

Т_k - температура плавления тугоплавкого компонента сплава;

Т_c - температура плавления сплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано при получении высококачественных слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, отличающихся высокой химической однородностью и отсутствием дефектов усадочного происхождения, путем вакуумного дугового переплава (ВДП) в сочетании с вакуумной дуговой гарнисажной плавкой (ВДГП).

Известен способ получения слитков из сплавов на основе титана путем ВДГП с разливкой накопленного в тигле расплава в изложницу, при котором весь металл перед разливкой находится в жидком состоянии одновременно[1].

Недостатками данного способа является наличие в головной части слитка дефектов усадочного происхождения, поражающих до 40% массы слитка, а также наличие локальной химической неоднородности в теле слитка в виде участков, обогащенных тугоплавким компонентом при наличии таковых в составе сплава.

Известен способ получения слитков из сплавов на основе титана, не содержащих дефекты усадочного происхождения, при котором слиток ВДГП подвергают переплаву, например, в вакуумной дуговой печи [2].

Недостатком данного способа является наличие в теле слитков, полученных из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, локальной химической неоднородности в виде участков, обогащенных тугоплавкими компонентами.

Наиболее близким по технической сущности способом, выбранным в качестве прототипа, является получение слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, например, на основе титана с ниобием, двойным ВДП, при котором в качестве расходуемого электрода второго ВДП используют слиток первого ВДП, подвергнутый деформации со степенью вытяжки, определяемой выражением n= D²/d²d², где n - степень вытяжки; D - диаметр слитка первого ВДП; d - диаметр слитка первого ВДП после вытяжки, что обеспечивает отсутствие локальной химической неоднородности в теле слитка второго ВДП, связанной с неполным растворением частиц тугоплавких компонентов сплава [3] - прототип.

Недостатками данного способа являются:

- высокие трудозатраты при изготовлении расходуемого электрода первого ВДП с возможно более равномерным распределением легирующих компонентов, особенно при использовании разнородной по фракционному составу шихты;

- возможность проявления химической неоднородности в слитке второго ВДП, связанная с тем, что при ВДП весь переплавляемый металл никогда не находится в жидком состоянии единовременно, что в свою очередь приводит к наследованию химической неоднородности, заложенной при формировании расходуемого электрода первого ВДП;

- высокая степень вытяжки слитка первого ВДП, необходимая для устранения локальной химической неоднородности в слитке второго ВДП, особенно при наличии в сплаве тугоплавких компонентов, температура плавления которых значительно превосходит температуру плавления сплава, что приводит к увеличению трудозатрат и снижению выхода в годное.

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является получение слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, характеризующихся высокой химической однородностью и отсутствием дефектов усадочного происхождения.

Решение поставленной задачи достигают тем, что прутки изготавливают путем деформирования слитков первого переплава, полученных вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, со степенью вытяжки, определяемой выражением

n=D²(19.7 Т_kT_c-18.6)/(Т_kT_c+2.86),

где n - степень вытяжки;

D - диаметр слитка ВДГП;

d - диаметр прутка, полученного из слитка ВДГП;

Т_k - температура плавления тугоплавкого компонента сплава;

Т_c - температура плавления сплава.

Проведенные заявителем эксперименты, результаты которых представлены в таблице, показывают, что при применении технологии ВДГП+ВДП необходимость применения вытяжки слитка ВДГП для исключения наличия участков локального обогащения тугоплавким компонентом в слитке ВДП возникает со значений _k/T_с>1.15. Так для сплава Ti - 1 мас.% V(T_k/T_c=1.15) в слитке ВДП, полученного из слитка ВДГП без вытяжки, участки, обогащенные тугоплавким компонентом (V), отсутствуют, тогда как в сплаве Ti - 52 мac.% Nb (T_k/T_c=1.23), в слитке ВДП, полученном из слитка ВДГП без вытяжки, отмечено наличие участков размером до 0.5 см, обогащенных Nb (до 67 мас.%).

Кроме того, эксперименты, проведенные с различными сплавами на основе Ti с Nb, Mo, Ta, W, позволили уточнить минимальную степень вытяжки в зависимости от T_k/T_с, обеспечивающую отсутствие локальной химической неоднородности в слитках, полученных ВДГП+ВДП.

Показано также, что применение в качестве первого переплава ВДГП вместо ВДП позволило снизить степень вытяжки в 2.5 раза (с 3.5 до 1.4).

Примером осуществления предлагаемого способа является получение слитка сплава Nb - 48 мac.% Ti, используемого при производстве сверхпроводников, путем ВДГП+ВДП, при котором расходуемый электрод ВДГП формировали из Nb-прутка диаметром 13х50 см, обложенного по образующей титановыми прутками диаметром 5х50 см и скрепленных с Nb-прутком аргонно-дуговой сваркой, а часть титана помещали в медный водоохлаждаемый тигель ВДГП с гарнисажем из сплава Nb - 48%Ti внутренним диаметром 30 см. Электрод сплавляли при мощности дуги 690 КВт с последующей разливкой накопленного в тигле расплава в изложницу, где формировался слиток диаметром 14.9х88 см массой 95 кг, который после обточки на токарном станке и проведения химического анализа, подвергали горячей прокате (деформация) со степенью вытяжки: n=1.4. Полученный после прокатки пруток диаметром 12,5 см обтачивали на токарном станке и переплавляли в ВДП в медный водоохлаждаемый кристаллизатор диаметром 18 см при мощности дуги 250 кВт с выведением усадочной раковины по специальному режиму, в результате чего был сформирован слиток диаметром 17.8х58 см массой 88 кг при выходе в годное 92.5%. Из головной части слитка ВДП длиной 20 см изготавливали продольный шлиф с целью выявления дефектов усадочного происхождения и участков, обогащенных тугоплавким компонентом (Nb).

Результаты исследований показали, что слиток сплава Мb - 48 мас.% Тi, полученный по предлагаемому способу, не содержит дефекты усадочного происхождения и участки с повышенным содержанием ниобия.

Применение предлагаемого способа позволило получить высококачественный слиток из сплава Nb - 48 мac.% Ti при снижении степени вытяжки слитка первого переплава в 2.5 раза и, соответственно, повысить выход в годное на 4.4% и снизить трудозатраты на 11% по сравнению с прототипом.

Приведенные результаты свидетельствуют о решении поставленной технической задачи и получении нового технического результата: создании способа получения высококачественных слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, путем ВДГП+ВДП, обеспечивающего повышение технико-экономических показателей процесса.

Предложенный способ может быть применен в промышленном производстве высококачественных слитков из сплавов, содержащих тугоплавкие компоненты, в том числе для изготовления сверхпроводников.

Источники информации

1. Неуструев А.А., Ходоровский Г.Л. Вакуумные гарнисажные печи. М., Металлургия, 1967 г. с.81.

2. Курдюмов А. В. , Пикунов М.В. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов. М., Металлургия, 1986 г., с.403.

3. Авт.св. СССР 382724, кл. С 22 С 1/02 - прототип.