Способ изготовления сплава TiMoNbZrAl Российский патент 2024 года по МПК C22C1/02 C22C14/00 C22B9/20 

Изобретение относится к области металлургии, а именно способу получения слитков титанового сплава TiMoNbZrAl. Задачей изобретения является создание способа опытного производства слитков в два этапа: подготовка расходуемого электрода и выплавка на электродуговой печи с полученным на первом этапе расходуемым электродом. Полученные слитки имеют габариты пригодные для производства исследовательских образцов материала. Два этапа требуются в связи с необходимостью предварительной подготовки удобного в применении электрода, перед самой выплавкой.

Известен способ получения полуфабрикатов из сплавов с памятью формы NiTi (Патент США US 8916091 В2 B22F 3/15, дата публикации 23.12.2014), включающий два способа получения сплавов титан никель, параллельное использование которых повышает экономическую целесообразность перед раздельным использованием каждого из способов в отдельности. Так оба способа подразумевают использование в качестве исходного материла подготовленные порошки титана и никеля с требуемым составом. При производстве порошка получаются фракции разного размера. Меньшую фракцию в производстве используют для получения сплавов методом литьем под давлением металла, большую до 100 мкм - в горячем изостатическом прессовании. Фракция более 100 мкм не используется в способе. Получение порошка точного состава является дорогой операцией и использование лишь одного из способов получения слитков экономически не целесообразно. Применение обоих способов позволяет использовать значительную часть порошка, снижая таким образом затраты на исходный материал.

К недостаткам данного способа относится использование в качестве исходного материала порошка, что влечет два существенных недостатка. Первый связан с экономической составляющей, так как получение порошка и его рассеивание по фракциям ведет ощутимому увеличению стоимости исходного материала, а использование метода горячего изостатического прессования является дорогостоящим методом получения слитков. Вторым недостатком является химическая чистота, при производстве порошка неизбежно ухудшение качества состава в связи с высокой способностью титана связываться с кислородом.

Известен способ изготовления расходуемого электрода для выплавки слитков титановых сплавов заключающийся в соединении двух и более частей электрода в виде прессованных брикетов методом электронно-лучевого оплавления в вакууме. Брикеты укладывают друг за другом, закрепляют с торцов и оплавляют продольно по всей длине не менее трех раз для получения частично оплавленной поверхности электрода. Затем производят винтовое оплавление изготавливаемого электрода с получением частично оплавленной поверхности или кольцевое оплавление. При кольцевом оплавлении электронно-лучевое воздействие осуществляют посредством четырех электронных газоразрядных пушек продольно по всей длине с получением полностью оплавленной поверхности изготавливаемого электрода.

Способ позволяет получить равномерное распределение сплавляемых металлов вдоль длинны электрода, однако данным способом невозможно получение составов электродов, компоненты которых имеют значительную разницу температур плавления, к примеру алюминия и ниобия.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ Способ двухэтапного получения сплава TiMoNbZrAl (Патент РФ RU 2806683 С1 МПК С22С 14/00, 1/02, 9/20, заявка от 23.12.2022) заключающийся в применении двух этапов. На первом этапе укладывают навески исходных ниобия, молибдена, циркония и алюминия в медный водоохлаждаемый поддон вакуумной электродуговой печи, при этом на дно поддона укладывают алюминий, на него ниобий, молибден и цирконий, производят расплавление нерасходуемым вольфрамовым электродом исходных материалов до получения единого слитка. На втором этапе укладывают в лунку титан, на него слиток, полученный на первом этапе, затем производят трехкратный переплав исходных материалов до получения единого слитка.

К недостатку можно отнести получение малых по массе слитков (до 240 г), увеличение массы слитков требует дополнительных переплавов за счет сплавления слитков по 240 г и не является целесообразным на данном типе печей.

В предлагаемом способе приводится выплавка с использованием иного типа плавильных печей, а именно вакуумных электродуговых печах с расходуемым электродом.

Задачей изобретения является создание способа выплавки слитков TiMoNbZrAl с массовым содержанием ниобия - 0,5-1,5% масс., молибдена -0,5-1,5% масс., циркония - 3% масс., алюминия - 3% масс., остальное -Титан.

Техническим результатом является способ выплавки слитков на вакуумных электродуговых печах, обеспечивающий однородность слитка благодаря двум этапа: подготовке электрода, выплавки с расходуемым электродом на электродуговой печи, исходными материалами были фольги ниобия, молибдена, циркония, алюминия и пруток титана, объемы фольг подбирались расчетным методом, для соответствия требуемому составу, при этом фольги алюминия прокладывались между остальными металлами.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления сплава TiMoNbZrAl, включающий на первом этапе подготовку состава послойным сложением фольг металлов, заворачивания их на пруток титана, вкладывание свертка в стальную опалубку, отжиг в вакуумной печи сопротивления при температуре 650°С в течение 12 часов, за счет которого происходит формирование электрода, удаление стальной опалубки, на втором этапе производят установку электрода, полученного на первом этапе в вакуумную электродуговую печь, производится переплав с предварительным вакуумированием камеры до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст., при выплавке визуально стекание электрода происходит равномерно по длине электрода, полученный слиток устанавливают в качестве электрода и производят повторный переплав.

Процесс получения слитков заключается в двух этапах. На первом производится подготовка электрода нужного состава за счет закладывания нужного объема фольг и прутка, при этом толщину фольг желательно подбирать из рациональных соображений, ограничений по данному параметру нет, алюминий располагается между остальными металлами, сворачивании в рулон вокруг прутка титана, помещения рулона в стальную опалубку с минимально возможным внутренним диаметром для данного рулона, опалубкой может служить разрезанная вдоль стальная труба с фиксаторами для соединения двух частей, отжиге в вакуумной печи сопротивления для спекания электрода, извлечении электрода из опалубки, на втором этапе расплавлении электрода в вакуумной электродуговой печи и последующим переплавом. Процесс расплавления электрода, подготовленного на первом этапе, визуально отмечается равномерным, без известных проблем по падению в кристаллизатор не расплавившихся кусков и преждевременного стекания легкоплавких металлов.

Пример конкретной реализации изобретения:

Был выбран состав.с массовым содержанием ниобия - 1,5% масс., молибдена - 1,5% масс., циркония - 3% масс., алюминия - 3% масс., остальное - Титан. На первом этапе осуществили подготовку состава будущего электрода послойным сложением фольг металлов, заворачиванием их на пруток титана, вкладыванием свертка в опалубку из стали, состоящей из 2 частей с последующей фиксацией частей, провели отжиг в вакуумной печи сопротивления при температуре 650°С в течение 12 часов, процесс удаления стальной опалубки был осуществлен путем снятия фиксаторов и сбивания молотком опалубки, на втором этапе производили установку электрода, полученного на первом этапе в вакуумную электродуговую печь, вакуумировали до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст и производили выплавку, полученный слиток устанавливали в качестве электрода и производят повторный переплав в вакууме.

Полученные результаты химического распределения элементов сплава показывают высокую однородность полученного слитка, что отображено на изображении (Фиг. 1), полученном методом ЭДС-спектрометрии. Рентгенофазовый анализ показал, что сплавы относятся к а титану.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения слитков титанового сплава TiMoNbZrAl. Способ изготовления сплава TiMoNbZrAl включает подготовку исходных материалов для получения сплава и выплавку сплава. Осуществляют подготовку исходных материалов в виде фольг алюминия, ниобия, молибдена, циркония и прутка из титана, причем фольги из алюминия складывают с обеспечением расположения фольг алюминия между прутком из титана и между фольгами молибдена, ниобия и циркония, сложенные фольги заворачивают на пруток из титана, вкладывают полученный сверток в стальную опалубку, которую размещают в вакуумной печи сопротивления и отжигают при температуре 650°С в течение 12 ч для формирования электрода, извлекают полученный электрод из стальной опалубки, а далее проводят выплавку сплава сначала путем установки электрода в вакуумную электродуговую печь и переплава в вакуумированной до остаточного давления 10^-3 мм рт. ст. печи с получением слитка сплава, а затем путем установки полученного слитка в качестве электрода для повторного переплава, при этом выплавляют сплав следующего состава, мас.%: ниобий 0,5-1,5, молибден 0,5-1,5, цирконий 3, алюминий 3, титан – остальное. Обеспечивается высокая однородность слитка. 1 ил., 1 пр.

Способ изготовления сплава TiMoNbZrAl, включающий подготовку исходных материалов для получения сплава и выплавку сплава, отличающийся тем, что осуществляют подготовку исходных материалов в виде фольг алюминия, ниобия, молибдена, циркония и прутка из титана, причем фольги из алюминия складывают с обеспечением расположения фольг алюминия между прутком из титана и между фольгами молибдена, ниобия и циркония, сложенные фольги заворачивают на пруток из титана, вкладывают полученный сверток в стальную опалубку, которую размещают в вакуумной печи сопротивления и отжигают при температуре 650°С в течение 12 ч для формирования электрода, извлекают полученный электрод из стальной опалубки, а далее проводят выплавку сплава сначала путем установки электрода в вакуумную электродуговую печь и переплава в вакуумированной до остаточного давления 10^-3 мм рт. ст. печи с получением слитка сплава, а затем путем установки полученного слитка в качестве электрода для повторного переплава, при этом выплавляют сплав следующего состава, мас.%: ниобий 0,5-1,5, молибден 0,5-1,5, цирконий 3, алюминий 3, титан – остальное.