СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ЛИГАТУР ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК C22C29/00 C22C1/03 

Описание патента на изобретение RU2340694C2

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству лигатур, содержащих углерод, используемых для легирования титановых сплавов.

Легирование титана в процессе выплавки слитков методом вакуумной дуговой плавки представляет достаточно сложную техническую проблему, поскольку при производстве легированных титановых сплавов в их состав вводятся элементы, существенно отличающиеся от основного металла по ряду физических свойств, таких как температура плавления, плотность, растворимость в титане и т.д. Использование в шихту чистых металлов может приводить к появлению включений в самих полуфабрикатах из них. Поэтому для легирования, как правило, применяют лигатуры, содержащие несколько компонентов в своем составе, которые обязательно входят в качестве легирующих элементов в состав выплавляемого сплава.

Наиболее широко в настоящее время применяют лигатуры, полученные методом алюминотермического восстановления металлов из их окислов. Протекание восстановительного процесса возможно в том случае, когда сродство восстанавливаемого металла к кислороду значительно меньше, чем у алюминия, при этом количество выделяющегося тепла должно быть достаточно для расплавления продуктов реакции и их перегрева до температур, на 100-200°С превышающих температуру наиболее тугоплавкой составляющей шихты. Благодаря этому будет обеспечиваться разделение расплава на шлак и металл вследствие их различной плотности.

В последние годы при производстве титановых сплавов получил достаточно широкое распространение в качестве легирующего элемента углерод, который обычно рассматривался в титановых сплавах только как примесь.

Известен способ алюминотермического изготовления комплексной лигатуры, содержащей углерод, в котором в составе шихтовых материалов используются свободный углерод или свободный углерод и легирующие металлические добавки, образующие карбидные соединения (Береславский А.Л.и др. Производство лигатур для выплавки судостроительных титановых сплавов, легированных углеродом. Журнал «Титан», №3-4, 1995 г., стр.16) - прототип.

Недостатком данного способа является то, что расчетное отношение карбидообразующих элементов и, прежде всего к углероду, накладывает ограничения на химический состав комплексной лигатуры, поскольку от него зависит их предельно допустимое соотношение, свыше которого комплексная лигатура становится непригодной для выплавки сплава данной композиции.

Кинетические и термодинамические особенности процесса взаимодействия чистого углерода с расплавом в условиях алюминотермической плавки накладывают ограничения на предельное насыщение лигатуры углеродом. Это связано с неконтролируемым выгоранием части углерода и неоднородностью его распределения в лигатуре. Для лигатуры A-V-C (алюминий-ванадий-углерод) отношение V/C>20.

Использование титана в качестве карбидообразующей добавки позволяет увеличить содержание углерода в лигатуре приблизительно в 1,5 раза (V/C≤15). Но в то же время введение титана, не участвующего в процессе восстановления окислов металлов и хорошо растворяющего кислород, оказывает очень существенное влияние на содержание последнего в лигатуре: с увеличением содержания титана растет содержание кислорода в лигатуре.

Целью данного изобретения является увеличение содержания углерода в лигатуре и повышение качества лигатуры.

Техническим результатом является расширение диапазона баланса карбидообразующих элементов и углерода в комплексной лигатуре, а также повышение однородности лигатуры.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе алюминотермического получения углеродосодержащих лигатур для легирования титановых сплавов, включающем загрузку в плавильный агрегат шихты, состоящей из алюминия, материалов, содержащих карбидообразующие элементы, материалов, содержащих углерод, флюсовых добавок, и проведение плавки, в качестве материалов, содержащих углерод, используют карбид алюминия, а плавку проводят при температуре, выше температуры диссоциации карбида алюминия.

Диссоциация карбида алюминия происходит при температуре порядка 2000°С, благодаря этому не происходит выгорания углерода. Углерод выделяется непосредственно в расплав и равномерно распределяется по всему объему, находится как в свободном состоянии, так и образует с металлами карбидные соединения. Добавленный при необходимости в шихту титан выполняет стабилизирующую роль в процессе алюминотермического восстановления окислов, особенно слабо карбидообразующих элементов

Пример осуществления изобретения

Для приготовления шихты использовали следующие компоненты, %:

- порошок алюминия ПФ-4 (АПЖ) - 42;

- карбид алюминия - 5,6;

- пятиокись ванадия - 44;

- оксид кальция - 3,5;

- фторид кальция - 1,6;

- титан губчатый - 1,6;

- оборотные отходы - 2,2.

После взвешивания взятые компоненты смешивали в биконическом смесителе в течение 20-25 мин. Приготовленную смесь засыпали в медный реакционный тигель, уплотняли, засыпали сверху инициирующую смесь (KMnO4+Al), устанавливали электрозапал и поджигали. Продукт плавки извлекали через 40 мин из реакционного тигля. Из данной шихты выплавили 500 кг лигатуры.

Состав полученной лигатуры, %:

Углерод - 4,0-4,6;

Ванадий - 57-60;

Алюминий - 36-38;

Титан - остальное.

Данное изобретение (по сравнению с прототипом) позволяет повысить содержание углерода в лигатуре до 1,5 раз, повысить ее однородность и снизить содержание кислорода, что особенно ценно при вакуумной дуговой выплавке титановых сплавов.

Похожие патенты RU2340694C2

название год авторы номер документа
ЛИГАТУРА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 2017
  • Ледер Михаил Оттович
  • Пузаков Игорь Юрьевич
  • Таренкова Наталья Юрьевна
  • Зелянский Андрей Владимирович
  • Рылов Александр Николаевич
  • Алешин Александр Павлович
  • Трубачев Михаил Владимирович
  • Вохменцев Сергей Анатольевич
  • Ларионов Алексей Валерьевич
RU2653042C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКА ПСЕВДО β-ТИТАНОВОГО СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО (4,0-6,0)% Аl, (4,5-6,0)% Мo, (4,5-6,0)% V, (2,0-3,6)% Cr, (0,2-0,5)% Fe, (0,1-2,0)% Zr 2010
  • Тетюхин Владислав Валентинович
  • Левин Игорь Васильевич
RU2463365C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИДА ТИТАНА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ НИОБИЯ 2014
  • Александров Александр Владимирович
  • Андреев Андрей Владиславович
  • Безуглов Александр Юрьевич
  • Волков Игорь Львович
  • Кодинцев Виктор Васильевич
  • Ночовная Надежда Алексеевна
  • Скворцова Светлана Владимировна
  • Смирнов Владимир Григорьевич
  • Токарев Константин Александрович
RU2576288C1
ФЕРРОТИТАН ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И СПОСОБ ЕГО АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ 2006
  • Гильварг Сергей Игоревич
  • Одиноков Сергей Федорович
  • Мальцев Юрий Борисович
  • Банных Алексей Геннадьевич
RU2318032C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1997
  • Бестужев Николай Иванович[By]
  • Королев Сергей Павлович[By]
  • Лезник Иосиф Давыдович[Ru]
  • Рахалин Владимир Александрович[Ru]
  • Чуватин Виктор Николаевич[Ru]
RU2109837C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ 2008
  • Серегин Александр Николаевич
  • Ермолов Виктор Михайлович
  • Серегина Наталья Викторовна
  • Москвина Татьяна Павловна
RU2374349C1
СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ ТИТАНОМ 2012
  • Шатохин Игорь Михайлович
  • Шаймарданов Камиль Рамилевич
  • Бигеев Вахит Абдрашитович
  • Манашев Ильдар Рауэфович
RU2482210C1
ЛИГАТУРА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЖАРОПРОЧНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2011
  • Вилкин Сергей Борисович
  • Кравцов Станислав Григорьевич
  • Гаранин Сергей Владимирович
  • Паршин Анатолий Павлович
  • Мельников Сергей Александрович
  • Береснев Александр Германович
  • Логачева Алла Игоревна
RU2470084C1
ЛИГАТУРА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СЛИТКА ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ТИТАНА 2014
  • Логачев Иван Александрович
  • Логачёва Алла Игоревна
  • Мельников Сергей Александрович
  • Береснев Александр Германович
RU2557203C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2018
  • Подольчук Анатолий Дмитриевич
  • Деревянко Игорь Владимирович
RU2688015C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ЛИГАТУР ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству лигатур, содержащих углерод, используемых для легирования титановых сплавов. Способ включает загрузку в плавильный агрегат шихты, состоящей из алюминия, флюсовых добавок, материалов, содержащих карбидообразующие элементы, материалов, содержащих углерод, и проведение плавки. В качестве материалов, содержащих углерод, используют соединения карбида алюминия, а плавку проводят при температуре, выше температуры диссоциации карбида алюминия. Изобретение позволяет увеличить содержание углерода в лигатуре и повысить ее качество.

Формула изобретения RU 2 340 694 C2

Способ алюминотермического получения углеродсодержащих лигатур для легирования титановых сплавов, включающий загрузку в плавильный агрегат шихты, состоящей из алюминия, флюсовых добавок, материалов, содержащих карбидообразующие элементы, и материалов, содержащих углерод, и проведение плавки, отличающийся тем, что в качестве материалов, содержащих углерод, используют соединения карбида алюминия, а плавку проводят при температуре выше температуры диссоциации карбида алюминия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2340694C2

БЕРЕСЛАВСКИЙ А.Л
и др
Производство лигатур для выплавки судостроительных титановых сплавов, легированных углеродом
Журнал «Титан», № 3-4, 1995, с.16
Сплав на основе титана 1975
  • Хорев Анатолий Иванович
  • Глазунов Сергей Георгиевич
SU555161A1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА 1994
  • Хорев А.И.
  • Моисеев В.Н.
RU2089641C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА 1983
  • Хорев А.И.
RU1131234C
Способ количественного определения 2,4-(дитретамилфенокси)уксусной кислоты 1987
  • Торопова Вера Федоровна
  • Гарифзянов Айрат Ризванович
  • Тельнова Зинаида Анатольевна
SU1479855A1
US 5124121 A, 23.06.1992.

RU 2 340 694 C2

Авторы

Альтман Петр Семенович

Дубровский Аркадий Яковлевич

Даты

2008-12-10Публикация

2006-12-12Подача