СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУР НА ОСНОВЕ ВАНАДИЯ Российский патент 1997 года по МПК C22C1/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения легированных титановых сплавов методом вакуумного дугового переплава.

Известен способ получения лигатуры на основе ванадия методом алюминотермической плавки, заключающийся в расплавлении твердых шихтовых компонентов за счет теплоты, выделяющейся в результате экзотермической реакции восстановления оксида ванадия алюминием.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает высокого качества лигатуры по структуре неметаллическим включениям. Это объясняется тем, что после расплавления шихты в печи неметаллические включения распределены по всему объему расплава и для их удаления необходим длительный процесс рафинирования, а так как химическое взаимодействие происходит быстро, время остывания расплава недостаточно для полной очистки. Вместе с тем кристаллизация в известном способе происходит по схеме "плавка один слиток", при этом вес слитка достигает 1 т. Так как при кристаллизации слиток находится в "рубашке" из шлака и футеровки печи структура слитка крупнозернистая.

Изобретение направлено на получение лигатур на основе ванадия с мелкокристаллической структурой, обладающей модифицирующим эффектом и не содержащей неметаллических включений.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения лигатур на основе ванадия, включающем нагрев расплава, охлаждение и кристаллизацию, нагрев расплава осуществляют до температуры истинного (гомогенного) раствора 2070 -2270 K, выдерживают 10 20 мин и охлаждают со скоростью 1 10 K/c.

Предлагаемый способ получения лигатур на основе ванадия основан на следующих физических закономерностях формирования структуры слитков.

Согласно имеющимся экспериментальным данным, в сплавах на основе ванадия над линией ликвидуса существует интервал температур, перегрев выше которых обеспечивает переход расплава в состояние истинного (гомогенного) раствора. При незначительном перегреве расплава над линией ликвидуса в нем сохраняется метастабильная микрогетерогенность коллоидного масштаба. Распад коллоида данного химического состава происходит при более высокой температуре (T). Значение T определяется экспериментально по началу совпадающего участка температурных зависимостей структурно-чувствительных свойств, соответствующих режимам нагрева и охлаждения.

Значения пределов температуры перегрева расплавов лигатур на основе ванадия приведены в таблице. Данные выбраны по результатам анализа структурно-чувствительных свойств и являются оптимальными.

При охлаждении истинного раствора со скоростью 1 10 K/c формируется однородная мелкокристаллическая структура по всему объему слитка. Интервал скоростей охлаждения 1 10 K/c выбран экспериментально и является типичным в технологии литья малых слитков. Увеличение скорости охлаждения способствует измельчению и сохранению мелкокристаллической структуры слитка, но влечет за собой уменьшение их объема. Уменьшение скорости охлаждения ниже 1 K/c является технологически невыгодным, т.к. при этом измельчение структуры не происходит.

Минимальная выдержка расплава до его кристаллизации 10 мин обусловлена временем, необходимым для протекания процессов диффузии, выравнивающих состав по объему слитка и рафинирования от неметаллических включений. Максимальная выдержка 20 мин связана с процессами взаимодействия расплава с футеровкой печи. Изменение времени выдержки при прочих равных условиях кристаллизации приводит к одинаковым результатам. Результаты использования лигатуры, полученной предлагаемым способом и серийной лигатуры, представлены на фотографиях.

На фиг. 1 показана макроструктура продольного сечения слитка титанового сплава 3B, выплавленного с применением опытной лигатуры ВНАЛ; на фиг. 2 - макроструктура продольного сечения слитка титанового сплава 3B, выплавленного с применением серийной лигатуры.

Пример. Предлагаемый способ получения лигатуры на основе ванадия был опробован при индукционном переплаве лигатуры ВНАЛ-2 (70-75% ванадий, остальное алюминий) в индукционной печи ИС-04. Согласно заявленному способу сплав перегревали до температуры истинного раствора 2200 K, выдерживали 10 мин и кристаллизовали в чугунной изложнице на воздухе со скоростью 5 K/c. Исследование макроструктуры слитка показало измельчение структуры в 5 8 раз по сравнению с исходной лигатурой, отсутствие неметаллических включений. С использованием полученной лигатуры были выплавлены методом вакуумного дугового переплава 15-килограммовые титановые слитки сплава 3B в один и два переплава. Исследовали продольное сечение слитка. Макроструктура опытных слитков (фиг. 1) значительно отличается от макроструктуры слитков, выплавленных с использованием серийной лигатуры (фиг. 2): больше по площади зона с равноосной структурой, размер зерна мельче. Наблюдается дробление зерна в зоне столбчатых кристаллов.

Использование предлагаемого способа получения лигатуры на основе ванадия обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:
позволяет модифицировать легированные титановые сплавы, содержащие ванадий, без введения посторонних примесей, что до сир пор не удавалось;
обеспечивает дополнительное рафинирование лигатуры от неметаллических включений.

Использование: металлургия цветных металлов и сплавов для получения легированных титановых сплавов высокого качества. Сущность изобретения: в способе получения лигатур на основе ванадия, включающем нагрев расплава, охлаждение и кристаллизацию, нагрев расплава осуществляют до температуры истинного раствора 2070 - 2270 K, выдерживают 10 - 20 мин и охлаждают со скоростью 1 - 10 K/c. Изобретение позволяет модифицировать легированные титановые сплавы, содержащие ванадий без введения посторонних примесей, обеспечивает дополнительное рафинирование лигатуры от неметаллических включений. 1 табл., 2 ил.

Способ получения лигатур на основе ванадия, включающий нагрев расплава, охлаждение и кристаллизацию, отличающийся тем, что нагревают до 2070 2270 К, после чего выдерживают расплав 10 20 мин и охлаждают со скоростью 1 10 град. /с.