УСТАНОВКА И ФИЛЬТР ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ АЛЬФА-ТВЕРДЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК C22B9/02 B22D11/119 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к изготовлению деталей из сплавов химически активных металлов и, в частности, к фильтрованию альфа-твердых включений из сплавов химически активных металлов в процессе литья деталей, изготовляемых из этих сплавов, в частности, из титановых сплавов.

Уровень техники

В настоящее время во многих отраслях промышленности, таких как биомедицинская или авиационно-космическая, детали конструкций находятся в тяжелых условиях работы, и поэтому их часто выполняют из сплавов титана или суперсплавов. Например, самолет с турбореактивным двигателем имеет ответственные вращающиеся части двигателя, такие как вентилятор, компрессор и турбина, которые изготавливают из сплавов титана и/или суперсплавов. Обычно такие сплавы получают путем вторичной переплавки, например, с помощью плазменной дуговой плавки с "холодным подом" (РАМ), электронно-лучевой плавки с "холодным подом" (ЕВМ), вакуумно-дуговой переплавки (VAR), электрошлаковой переплавки (ESR). При изготовлении деталей ответственных частей конструкции значительную роль играет контроль качества, поскольку отказ таких частей конструкции может привести к катастрофическим разрушениям сложной системы, а также к иным потерям.

При контроле качества одной из наиболее важных проблем для сплавов титана и суперсплавов являются включения, связанные с процессом плавки. В этой связи следует отметить, что включения могут состоять из необычно крупных отдельных фаз, образованных в самом расплаве, или же включения могут представлять собой вещества, источник происхождение которых находится вне компонент составленного сплава, т.е. вещества, вносимые извне. Если речь идет о включениях внешнего происхождения, то для литья по выплавляемым моделям одним из видов таких включений являются фрагменты оболочки литейной формы. Эти фрагменты неизбежно отделяются от оболочки литейной формы в процессе литья в результате высоких термических напряжений и эрозии литейной формы вследствие взаимодействия с расплавленным металлом. Внутренний слой керамической формы, поверхность которого обращена к расплавленному металлу, как правило, содержит окись (окиси) редкоземельного металла, такого как эрбий, который используют из-за его высокой точки плавления и химической совместимости с расплавом химически активного титана. Фрагменты, отделенные от оболочки литейной формы, могут внедряться в массу самого литья (изделия) и тем самым становятся дефектами в виде включений.

Другим видом вносимых извне включений, свойственных исключительно сплавам титана и другим сплавам химически активных металлов (с температурой растворения, возрастающей при содержании в них внедренного кислорода, азота или углерода), являются "альфа-твердые" включения, известные как включения 1-го типа. Альфа-твердые включения образуются в подобных сплавах при таких технологических операциях, как сварка, кислородная резка, шлифование, резание, и в печах при наличии подсоса воздуха, т.е. когда расплавленный сплав подвержен воздействию воздуха, в частности, воздействию кислорода, азота и углерода. При этом воздействии сплав поглощает указанные химические элементы, где они в растворенном виде одновременно стабилизируют и охрупчивают альфа-фазу сплава. За счет стабилизации и охрупчивания альфа-фазы в сплаве формируется дефект, который во многом весьма схож с основным сплавом. Твердые частицы, сформировавшиеся при осуществлении указанных операций, могут случайным образом перемещаться к литейной печи и попадать в керамическую литейную форму при разливе литья. Поскольку точка плавления альфа-твердых включений находится выше точки плавления чистого сплава, альфа-твердые включения могут сохраняться в расплаве и поступать в литейную форму, образуя хрупкие включения. Кроме того, альфа-твердые включения могут внедряться в сырьевой поток первичного металла и неизбежно становиться компонентой сырьевого потока для литья.

Как отмечено выше, альфа-твердые включения образуются при осуществлении определенных технологических операциях в титановых сплавах и других сплавах химически активных металлов, для которых зависимость температуры растворения от содержания кислорода, азота или углерода характеризуется положительным угловым коэффициентом. Такие технологические операции являются неотъемлемыми для других технологических потоков в литейном цехе, где изготавливают детали, и эти технологические операции, как таковые, не могут быть исключены или изолированы от литейного производства. В связи с этим для предотвращения образования альфа-твердых частиц и их внедрения в литье, как правило, осуществляют детально разработанные проекты контроля включений. Такие проекты, однако, имеют ряд недостатков. Хотя реализуемые проекты контроля включений помогают предотвратить образование и внедрение альфа-твердых включений, такие проекты контроля не обеспечивают удаление альфа-твердых частиц, которые все-таки формируются или же вводятся извне как результат технологических операций, проведенных вне литейного цеха. Кроме того, реализуемые проекты контроля включений, как правило, увеличивают стоимость изготовления деталей и время, которое необходимо в соответствии с графиком производства деталей. Дополнительно следует отметить, что на практике трудно навязать производителям осуществление проектов контроля включений и привести их обоснование. Поэтому из-за существующих ограничений для реализации проектов контроля включений и из-за соответствующей опасности отказа деталей, выполненных из рассматриваемых сплавов, при конструировании этих деталей в настоящее время, как правило, учитывают наличие в сплаве альфа-твердых включений.

Сущность изобретения

Исходя из предшествующего изложения состояния вопроса настоящее изобретение раскрывает установку и фильтр для фильтрации альфа-твердых включений из титановых сплаов. В отличие от случая использования известных методов контроля включений установка и фильтр, выполненные согласно настоящему изобретению, удаляют альфа-твердые частицы, которые образуются в расплаве или внедряются в литье. По существу в конструкции деталей, полученных в соответствии с настоящим изобретением и выполненных из подходящих сплавов, нет необходимости учитывать наличие альфа-твердых включений. Кроме того, такие установка и фильтр относительно мало увеличивают стоимость изготовления деталей по сравнению со стоимостью разработки и реализации стандартного детального проекта контроля включений. Использование установки и фильтра, соответствующих настоящему изобретению, не вносит существенных корректив в график производства деталей с точки зрения увеличения времени их изготовления. Кроме того, поскольку установка и фильтр согласно данному изобретению удаляют альфа-твердые включения, в противоположность известным попыткам регулировать или ограничивать образование таких включений, то отсутствует необходимость оказывать давление на производителя или обосновывать реализацию фильтра, как это требуется в случае использования известных методов контроля включений.

В соответствии с одним из воплощений настоящее изобретение обеспечивает установку для фильтрования альфа-твердых включений из титанового сплава. Установка содержит металлургический сосуд, который способен удерживать титановый сплав в расплавленном состоянии и может обеспечить слив расплавленного титанового сплава. Кроме того, данная установка содержит металлоприемник - емкость для приема расплавленного титанового сплава, сливаемого из сосуда. И для предотвращения поступления в приемную емкость, по меньшей мере, некоторой части альфа-твердых включений установка включает в себя фильтр, который расположен между сосудом и металлоприемником и через который проходит расплавленный титановый сплав перед тем, как попасть в металлоприемник.

Фильтр содержит раму и пористую поверхность, которая размещена в раме так, что рама проходит по внешнему периметру пористой поверхности. Пористая поверхность включает большое количество отверстий, размеры которых обеспечивают прохождение через них расплавленного титанового сплава. Фильтр выполнен из материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления титанового сплава, и, по меньшей мере, частично нерастворимого в расплавленном титновом сплаве. Металлический материал фильтра может иметь растворимость меньшую, чем предварительно заданная величина в процентах от весового содержания в расплавленном титановом сплаве, например, менее чем двадцать пять весовых процентов. Кроме того, материал фильтра может иметь температуру плавления выше точки плавления титанового сплава, по меньшей мере, на заданную величину, такую как, по меньшей мере, 500°С. Металлический материал фильтра может включать в себя, например, сплав, содержащий, по меньшей мере, один из таких металлов, как ниобий, молибден, тантал, рений и вольфрам.

Кроме того, для ограничения процесса затвердевания расплавленного титанового сплава на фильтре по мере того, как он протекает через фильтр, установка может быть снабжена нагревательным элементом, находящимся в тепловом контакте с фильтром. Нагревательный элемент может, в частности, подогревать фильтр, тем самым ограничивая застывание расплавленного титанового сплава в отверстиях пористой поверхности фильтра. В другом воплощении изобретения установка, кроме того, содержит камеру, образующую внутреннюю полость, в которой размещены сосуд, фильтр и металлоприемник. В этом варианте воплощения внутренняя полость изолирована от окружающей среды. Кроме того, нагревательный элемент выполнен с возможностью подогрева фильтра за счет пропускания через фильтр электрического тока.

Установка и фильтр в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, обеспечивают фильтрование альфа-твердых включений из титановых сплавов с температурой растворения, изменение которой характеризуется положительным угловым коэффициентом. В отличие от известных проектов контроля содержания примесей установка и фильтр, предлагаемые в соответствии с данным изобретением, лишь незначительно повышают стоимость изготовления изделий и не вносят заметного увеличения по времени в график производства деталей. Помимо этого, предлагаемые установка и фильтр отфильтровывают, т.е. удаляют альфа-твердые включения, в противоположность попыткам регулировать или ограничивать образование таких включений в соответствии с известными проектами контроля содержания включений. И, по существу, отсутствует необходимость оказывать давление или обосновывать использование фильтра.

Перечень фигур черетежей

Описание изобретения будет изложено в общих чертах со ссылками на фигуры чертежей, которые нет необходимости выполнять в масштабе.

На фиг.1 показана блок-схема установки для фильтрации альфа-твердых включений из титанового сплава согласно одному из примеров воплощения настоящего изобретения.

На фиг.2 схематично изображен фильтр в соответствии с одним из примеров воплощения изобретения, вид спереди, и отдельно показана "вырезанная" часть этого фильтра.

На фиг.3 показан график, иллюстрирующий величину растворимости, отнесенную к весу, при температуре плавления для нескольких тугоплавких металлов в соответствии с одним примером воплощения настоящего изобретения.

На фиг.4 схематически показана установка, содержащая печь для вакуумно-дуговой гарнисажной плавки и литья и включающая фильтр, выполненный в соответствии с одним примером воплощения данного изобретения.

Сведение, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на приложенные фигуры чертежей, на которых представлены предпочтительные варианты воплощения изобретения. Однако предлагаемое изобретение может быть реализовано во многих различных формах, и не следует считать, что оно ограничено вариантами выполнения, раскрытыми в данном описании; описанные здесь воплощения позволяют всесторонне и детально раскрыть данное изобретение и дать полное представление об его объеме специалистам в данной области техники. Одинаковые номера позиций относятся во всем описании к одинаковым элементам конструкции.

На фиг.1 представлена установка 10 для фильтрования альфа-твердых включений из титановых сплавов, которая содержит металлургический сосуд 12, металлоприемник 14 и фильтр 16. Титановые сплавы могут включать в себя любой из ряда сплавов, в которых формируются альфа-твердые включения. В этой связи необходимо отметить, что альфа-твердые включения образуются в объеме сплавов при осуществлении технологических операций, при которых расплавленный титановый сплав подвергается воздействию химических элементов, входящих в состав воздуха, в частности кислорода, азота и углерода. Когда такое воздействие имеет место, сплав поглощает указанные химические элементы, и, внедренные в раствор, они одновременно стабилизируют и охрупчивают альфа-фазу сплава. Следует отметить, что титановые сплавы, подверженные альфа-твердым включениям, как правило, характеризуются температурой растворения, которая увеличивается по мере роста содержания внедренного кислорода, азота или углерода. Такие сплавы представляют собой сплавы металлов, для которых характерно увеличение температуры плавления по мере роста содержания в сплаве кислорода, азота или углерода, что тем самым способствует сохранению локальных участков с высоким содержанием кислорода, азота или углерода при плавке сплава. Титановый сплав может включать в себя, например, любой сплав, содержащий такие элементы, как цирконий, гафний и иттрий. Но при предпочтительном воплощении изобретения сплав химически активного металла представляет собой титановый сплав.

Сосуд 12 выполнен с возможностью удерживания титанового сплава в жидком состоянии 18 и слива расплавленного титанового сплава. Сосуд может быть выполнен из ряда различных материалов, при использовании которых сохраняется механическая прочность и жесткость сосуда, и он не вступает в реакцию с расплавленным титановым сплавом или не загрязняет этот расплав. Для того чтобы сосуд мог удерживать расплавленный титановый сплав, не вступая с ним в реакцию, между самим сосудом и расплавленным титановым сплавом может находиться слой гарнисажа, сформированного на внутренней поверхности сосуда из затвердевшего сплава (гарнисаж, как таковой, известен специалистам в данной области техники). В случае титанового сплава сосуд может быть выполнен, например, в виде медного тигля со слоем титанового гарнисажа на внутренней поверхности, намороженным между расплавленным титаном и тиглем.

Металлоприемник 14 обеспечивает прием и размещение расплавленного титанового сплава, который выливают из сосуда 12. Металлоприемник может быть выполнен из ряда различных материалов, но при этом, подобно сосуду, он сохраняет свою механическую прочность и жесткость при высокой температуре и не реагирует с расплавленным титановым сплавом 18. Металлоприемник, например, может представлять собой керамическую форму для одной детали сложной системы, например вентилятора двигателя самолета. Кроме того, металлоприемник на своей внутренней поверхности, как и сосуд, может содержать слой определенного материала с тем, чтобы металлоприемник не вступал в реакцию со сливаемым в него расплавленным титановым сплавом. Например, внутренним слоем (который обращен к расплавленному металлу) металлоприемника может быть слой окиси или окисей редкоземельного металла, такого как эрбий, имеющий высокую точку плавления и химически совместимый с расплавленным титаном.

Как было отмечено выше, расплавленные титановые сплавы могут формировать альфа-твердые включения в том случае, когда расплавленный титановый сплав не защищен от воздействия входящих в состав воздуха элементов, таких как кислород и азот. И для того чтобы отфильтровать альфа-твердые включения от расплавленного титанового сплава 18, который выливают из сосуда 12 в металлоприемник 14, установка 10 содержит фильтр 16. Фильтр 16 находится между сосудом и металлоприемником и может быть установлен между ними тем или иным образом. Например, фильтр может быть смонтирован непосредственно над отверстием сосуда так, чтобы расплавленный титановый сплав проходил через фильтр по мере того, как расплавленный титановый сплав сливают из сосуда в металлоприемник. Или же фильтр может быть смонтирован прямо над отверстием металлоприемника так, чтобы расплавленный титановый сплав, выливаясь из сосуда, проходил через фильтр перед тем, как поступить в металлоприемник.

Как показано на фиг.2, фильтр 16 содержит раму 20 и пористую поверхность 22, размещенную в раме так, что рама проходит по периферии вокруг пористой поверхности. Пористая поверхность выполнена с большим количеством отверстий 24, которые позволяют расплавленному титановому сплаву проходить сквозь эту поверхность. В одном из воплощений пористая поверхность содержит большое количество нитевидных элементов, таких как проволоки, которые протянуты поперек рамы в различных направлениях и пересекают одна другую, образуя таким образом большое количество отверстий. Как указано ниже, эти отверстия имеют квадратную форму, но следует понимать, что отверстия могут быть любой формы без изменения при этом объема и сущности данного изобретения.

Отверстия 24 фильтра 16 следует выполнять с достаточной по величине площадью с тем, чтобы расплавленный титановый сплав 18 мог проходить через фильтр с необходимым расходом без его накопления на пористой поверхности 22 фильтра. Но вместе с тем площадь отверстий следует выбирать достаточно малой, чтобы пористая поверхность сохраняла свою механическую прочность и жесткость при прохождении через нее расплавленного титанового сплава. Кроме того, величина площади отверстий должна быть достаточно малой с тем, чтобы сквозь фильтр не проходили твердые загрязняющие вещества, в частности альфа-твердые включения.

В этой связи следует отметить, что площадь отверстий может быть подобрана так, что она определяет максимальный размер альфа-твердых включений, которые могут проходить через фильтр. Например, отверстия могут быть выбраны такими, что их размеры "х" и "у" одинаковы по величине и составляют 0,070 дюйма. Кроме того, толщина "t" пористой поверхности между соседними отверстиями (или диаметр проволок, если пористая поверхность сформирована ими) может быть выбрана равной 0,0050 дюйма. С учетом указанных размеров пористая поверхность будет формировать множество отверстий, проходное сечение которых составляет 87% от общей площади пористой поверхности (т.е. 0,070²/[0,070+0,0050]²). В качестве другого примера выполнения пористая поверхность может быть выполнена с отверстиями, величина которых выбрана такой, чтобы их проходное сечение составляло 90% (от общей площади) при толщине t от 0,005 до 0,010 дюймов и соответствующим образом выбранных размерах "х" и "у".

Обращаясь снова к фиг.1, следует отметить, что для ограничения затвердевания расплавленного титанового сплава на пористой поверхности 22 фильтра 16 и в особенности внутри отверстий 24, установка 10 может быть, кроме того, снабжена нагревательным элементом 26. Нагревательный элемент выполнен с возможностью подогрева фильтра до и/или во время выгрузки расплавленного титанового сплава из сосуда 12. Нагревательный элемент может представлять собой любой из ряда различных нагревательных устройств известного типа. Нагревательный элемент обеспечивает возможность подогрева фильтра до температуры, достаточной, чтобы до возможной минимальной величины ограничить количество затвердевающего на фильтре расплавленного титанового сплава. В одном из воплощений установка, кроме того, содержит камеру 28, например, вакуумную камеру, формирующую внутреннюю полость, в которой размещены сосуд 12, металлоприемник 14 и фильтр 16. В этом воплощении нагревательный элемент может подогревать фильтр за счет пропускания через фильтр электрического тока, достаточного для подогрева фильтра до требуемой температуры.

Обращаясь теперь к фиг.3, следует отметить, что пористая поверхность 22 фильтра 16 может быть выполнена из любого из ряда различных тугоплавких металлов или сплавов тугоплавких металлов. Подобным же образом рама 20 может быть выполнена из любого из ряда различных тугоплавких металлов или сплавов тугоплавких металлов. В предпочтительном воплощении рама выполнена из того же материала, что и пористая поверхность. В то же время рама и пористая поверхность могут быть выполнены из различных материалов без выхода при этом за пределы объема и сущности данного изобретения. Тугоплавкий металл или сплав тугоплавких металлов выбирают такими, чтобы их точка плавления была выше точки плавления расплавленного титанового сплава 18 (проходящего через фильтр) и чтобы они были, по меньшей мере, частично нерастворимыми в расплавленном титановом сплаве 18. В этой связи следует отметить, что тугоплавкий металл или сплав тугоплавкого металла может быть выбран таким, чтобы его растворимость была меньше заданного его весового процентного содержания в расплавленном титановом сплаве, и температура плавления выше температуры плавления расплавленного титанового сплава, по меньшей мере, на заданную величину. За счет такого выбора тугоплавкого металла или сплава тугоплавкого металла (в качестве материала фильтра) материал фильтра имеет наименьший шанс загрязнения расплавленного титанового сплава при прохождении через него расплавленного титанового сплава, и такой материал является в наименьшей степени подверженным изменению свойств или деформации.

Следовательно, по отношению к титану материалы, указанные в нижней правой области графической зависимости, изображенной на фиг.3, включают в себя такие тугоплавкие металлы, которые имеют достаточно низкую растворимость в расплавленном титане при достаточно высокой температуре плавления и из которых могут быть изготовлены пористая поверхность 22 и/или рама 20 фильтра 16. Как известно, титан имеет точку плавления, соответствующую приблизительно 1660°С (показано на фиг.3 пунктирной линией). В качестве примера материал пористой поверхности и/или рамы может быть выбран таким, чтобы его температура плавления была, по меньшей мере, на 500°С выше, чем температура плавления титана. Кроме того, указанный материал может быть выбран таким, чтобы его растворимость при достижении точки плавления была меньше 25% по весу. Следует понимать, однако, что материалы для пористой поверхности и/или рамы могут быть выбраны и с другими отличиями по температуре плавления и другими величинами нерастворимости, если такая необходимость имеется. Как показано, например, в предпочтительном воплощении, где расплавленный сплав включает в себя титан, пористая поверхность выполнена из вольфрама (W). Вместе с тем следует понимать, что пористая поверхность и/или рама могут быть изготовлены также из ниобия (Nb), тантала (Та), молибдена (Мо) и/или рения (Re). Возможно также выполнение пористой поверхности и/или рамы из сплава тугоплавкого металла, который включает в себя, по меньшей мере, один тугоплавкий металл, выбранный из числа таких металлов, как (W), (Nb), (Та), (Мо) и (Re), а также ванадий (V), родий (Rh) и гафний (Hf).

На фиг.4 показан один тип установки, которая имела бы преимущество за счет фильтрования, проведенного в соответствии с данным изобретением. Как показано, вакуумно-дуговая гарнисажная плавильная и литейная печь 30 содержит вакуумплотную камеру 32, в которой расплавленный титановый сплав 34 заливают в нижерасположенный тигель 36 (т.е. в металлургический сосуд). Источник энергии 38 обеспечивает подачу тока для зажигания электрической дуги между электродом 40 и тиглем 36, с помощью которой осуществляют плавку титанового сплава в тигле. Тигель может быть водоохлаждаемым, и на внутренней поверхности тигля может формироваться затвердевший гарнисаж сплава металла, защищающий тигель от непосредственного контакта с расплавленным сплавом металла. Как только в тигле 36 сформируется заданное количество расплавленного титанового сплава металла 34, электрод 40 может быть отведен вверх. После этого тигель наклоняют для выливания расплавленного сплава металла в форму для литья по выплавляемым моделям 42 (т.е. в металлоприемник), размещенную под тиглем. Однако перед тем, как расплавленный сплав металла поступает в форму для литья, он проходит через фильтр 44, выполненный в соответствии с настоящим изобретением. Фильтр размещен между тиглем и указанной формой для литья по выплавляемым моделям. За счет прохождения расплавленного сплава металла через фильтр твердые загрязняющие сплав включения, в частности альфа-твердые включения, могут быть удалены из расплавленного сплава металла. Следует принимать во внимание, что установка и фильтр в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы во многих различных вариантах исполнения, одним из которых является вакуумно-дуговая печь для плавки и литья, используемая для литья по выплавляемым моделям. Использование установки и фильтра согласно настоящему изобретению обеспечит преимущества для любой системы или процесса, в которых расплавленный сплав может содержать альфа-твердые включения или другие загрязняющие примеси. В качестве примера установка и фильтр в соответствии с данным изобретением могут быть использованы при рафинировании расплавленного титанового сплава для удаления альфа-твердых включений и других загрязнений из исходного сырья - расплавленного титанового сплава, предназначенного для получения штампованных поковок, изделий, полученных выдавливанием, или тому подобного.

Таким образом, настоящее изобретение раскрывает установку и фильтр, использование которых относительно мало повышает стоимость изготовления деталей по сравнению с их стоимостью в случае разработки и реализации подробных проектов контроля включений. Кроме того, в отличие от использования известных проектов контроля включений отсутствует необходимость навязывать и обосновывать использование установки и фильтра, выполненных в соответствии с данным изобретением. В этой связи следует заметить, что в конструкции деталей, изготовленных из подходящих сплавов, полученных с использованием данного изобретения, нет необходимости принимать во внимание наличие в сплаве альфа-твердых включений с размерами большими, чем отверстия фильтра. Системы, использующие такие улучшенные детали, будут иметь преимущества вследствие повышения надежности и безопасности и уменьшения стоимости благодаря увеличению за счет этого срока безопасной эксплуатации системы и уменьшению проверочных мероприятий.

Специалистам в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, будут понятны большое количество модификаций и иных воплощений изобретения, обеспечивающих преимущества, отмеченные в изложенном выше описании, иллюстрируемом приложенными фигурами чертежей. Таким образом, следует понимать, что данное изобретение не ограничено отдельными раскрытыми выше воплощениями и что объем совокупности признаков нижеследующих пунктов формулы изобретения подразумевает возможность реализации модификаций и других воплощений изобретения. Несмотря на то что в данном описании были использованы определенные термины, они введены здесь не с целью ограничения, а лишь как родовые понятия, имеющие общий описательный характер.

Изобретение относится к изготовлению деталей из сплавов химически активных металлов, в частности к фильтрованию альфа-твердых включений из титановых сплавов. Установка содержит сосуд, удерживающий титановый сплав в расплавленном состоянии, слив расплава, металлоприемник для приема и размещения расплава, сливаемого из сосуда, и расположенный между сосудом и металлоприемником фильтр, который предназначен для предотвращения попадания в металлоприемник, по меньшей мере, некоторых из альфа-твердых включений. Фильтр имеет пористую поверхность, выполненную с множеством отверстий, размеры которых обеспечивают прохождение через них расплава титанового сплава, из которого при этом отделяются альфа-твердые включения, и выполнен из металлического материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления титанового сплава и, по меньшей мере, частично нерастворимого в расплавленном титановом сплаве. Изобретение позволяет удалять альфа-твердые включения из титановых сплавов без внесения существенных корректив при производстве деталей из титановых сплавов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для фильтрования альфа-твердых включений из титановых сплавов, содержащая сосуд, выполненный с возможностью удерживания титанового сплава в расплавленном состоянии и слива расплавленного титанового сплава, металлоприемник для приема и размещения расплавленного титанового сплава, сливаемого из сосуда, и расположенный между сосудом и металлоприемником фильтр, через который проходит расплавленный титановый сплав, прежде чем он поступает в металлоприемник, и который предназначен для предотвращения попадания в металлоприемник, по меньшей мере, некоторых из альфа-твердых включений, при этом фильтр имеет пористую поверхность, выполненную с множеством отверстий, размеры которых обеспечивают прохождение через них расплава титанового сплава, из которого при этом отделяются альфа-твердые включения, и выполнен из металлического материала, имеющего температуру плавления выше температуры плавления титанового сплава и, по меньшей мере, частично нерастворимого в расплавленном титановом сплаве.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит нагревательный элемент, находящийся в тепловом контакте с фильтром, при этом нагревательный элемент способен подогревать фильтр для ограничения застывания расплавленного титанового сплава на фильтре по мере его прохождения через фильтр.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что содержит камеру, образующую внутреннюю полость, в которой размещены сосуд, металлоприемник и фильтр, при этом внутренняя полость изолирована от окружающей среды, а указанный нагревательный элемент выполнен с возможностью подогрева фильтра за счет пропускания через фильтр электрического тока.4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что фильтр содержит пористую поверхность, выполненную с большим количеством отверстий, а нагревательный элемент подогревает фильтр для ограничения застывания расплавленного титанового сплава в отверстиях на пористой поверхности фильтра.5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр содержит пористую поверхность, выполненную с образованием большого количества отверстий, при этом материал пористой поверхности включает тугоплавкий металл.6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что тугоплавкий металл выбран из группы металлов, включающей ниобий, молибден, тантал, рений и вольфрам.7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что титановый сплав имеет температуру растворения, изменение которой характеризуется положительным угловым коэффициентом.8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр содержит раму и пористую поверхность, размещенную в раме так, что рама проходит по периферии вокруг пористой поверхности, при этом пористая поверхность содержит множество отверстий, размеры которых обеспечивают прохождение через них титанового сплава в расплавленном виде.9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен из металлического материала, имеющего меньшую растворимость, чем заданное весовое процентное содержание материала в расплавленном титановом сплаве.10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что металлический материал фильтра имеет растворимость менее 25% весового содержания металлического материала в расплавленном титановом сплаве.11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен из металлического материала, температура плавления которого выше температуры плавления титанового сплава, по меньшей мере, на 500°С.12. Фильтр для фильтрования альфа-твердых включений из титановых сплавов, содержащий раму и пористую поверхность, размещенную в раме так, что рама проходит по периферии вокруг пористой поверхности, при этом пористая поверхность выполнена с множеством отверстий, размеры которых обеспечивают прохождение через них расплава титанового сплава, из которого при этом отделяются, по меньшей мере, некоторые альфа-твердые включения, причем пористая поверхность изготовлена из материала, температура плавления которого выше температуры плавления титанового сплава, и который, по меньшей мере, частично нерастворим в расплавленном титановом сплаве.13. Фильтр по п.12, отличающийся тем, что фильтр выполнен из теплопроводного материала, который может быть подогрет для ограничения застывания расплавленного титанового сплава на фильтре при прохождении расплавленного титанового сплава через пористую поверхность фильтра.14. Фильтр по п.12, отличающийся тем, что пористая поверхность выполнена из тугоплавкого сплава металла, включающего в себя, по меньшей мере, один из таких металлов как ниобий, молибден, тантал, рений и вольфрам.15. Фильтр по п.12, отличающийся тем, что пористая поверхность выполнена из тугоплавкого металла.16. Фильтр по п.15, отличающийся тем, что тугоплавкий металл выбран из группы металлов, включающей ниобий, молибден, тантал, рений и вольфрам.17. Фильтр по п.12, отличающийся тем, что пористая поверхность выполнена из металлического материала, имеющего меньшую растворимость, чем заданное весовое процентное содержание металлического материала в расплавленном титановом сплаве.18. Фильтр по п.17, отличающийся тем, что металлический материал пористой поверхности фильтра имеет растворимость менее 25% весового содержания металлического материала в расплавленном титановом сплаве.19. Фильтр по п.12, отличающийся тем, что пористая поверхность фильтра выполнена из металлического материала, температура плавления которого выше температуры плавления титанового сплава, по меньшей мере, на 500°С.