Способ изготовления графитовых тиглей для плавки титана Советский патент 1984 года по МПК F27B14/10 C22B9/20 

со

С71 Изобретение относится к специальной электрометаллypiHH, связанной с производством фасонных отливок из титанопых снлавов, в арнисажных исчах. Применение мета;1лических тиглей ;и1я илавки титана с водяным охлаждением изза лока.:1ьных проплавлений стенок Tiii.is; ириводит к тому, что гарнисаж не Bccr;ia удается извлечь из тигли и не исключена возможность загрязнения расплава материалом , а 1лавное, имеется повы1ненмая взрывоонасноеть нлавильно-за.ливочной установки. Применяемые различные системы датчиков, сигнализаторов и нромежуточных теилонередаюш.их полостей с инертными газами не могут гарантировать безопасной и устойчивой работы установки ввиду наличия больншх удельиых тен.юиых напряжений, так как н.1авление ведется 111)и плотпостях тока юрядка 20 А/см и BLjiuie, а также ввиду того, что вре.мя нрожога не превышает неекольких микросекунд. Тигельнь1е узлы с 1рафитовой об.шиовкой (вставкой) являются более безопасными от прожога и поэтому нашли широкое применение в нромьни.юнности. Однако нрнсутстЕ5ие графита Г1)едъявляет оеобо новы1не-мные требования в отношении технологии ведения процесса нлавлсния, в чаети стаби.шзации и поддержания гарнисажа к оптимальных пределах, из-за потепциальпой возможности науг;1ероживания. Lk icjiствие хп.мического нригорания титана и графитовой об;шцовкн оста(тся не решенной задача своб1)дного удалешя гарниеажа из тиг.чя. Известен снособ изготовления rpaip-iтовых тиглей для плавки титана и его CH.i.iвов, вк ;цочаю1ций нанесение на BHyrpeiHiioio рабочую поверхность графитово тпгля ниро.литического углерода и карбида i; тана 1. Применение извест1кло ти|ля д.ля B Iплавки различных но химическому составу титановых снлавов, особенно в производCTBCHm ix условиях, ограничено и затрул,нено всдедетвие отсутствия в отечественной металлургической и литейной нромьпн.ленности уникального оборудования д.ля уплолнения крупных тиглей нромьинленногч назмачения пиролитическим уг.леродом из газовой фазы и дороговизны этого нроцесса. Тонкий поверхностный слой карбида титана (3-6 .микрона) .может быть э(|.)(()ективен и работоспособен для одной двух пеболзших плавок титана. Однако тончайн1ий новерхностный слой карбида титана легко окисляется и растворяетея в жндко.м титане и eio положительное действие быстро исчезаел. Увеличение толщины покрытия нршзодит к его отс.ааиванню от |-рафита ввиду различия коэффи 1нентов линейно1о расн1ирения. Титан, затвердевший в таком тигле в виде гар 1исажа, си(я)(Д||О удалилл из нельзя из-ia 1а.лнчня х и.мическои) при1ара. ПоЭ;ОУ1 тонкое )пдное покр1,ггие хдовлетBo) лреб(.м, нре.Гьяв.ляемым к пок:)ьггпям г|);л 1илО1И)1х об;1ицовок лл-Илей |:ромьпнлен1л 1х гариисажных нечей (дослупн()С1л и простота в нанесении, химическая стойкость к титану в процессе нecк(JЛьких десятков н.лавок, длительная стойкость нротип окис.ления), без потери :i;:ninTiibix свойстз не может. 1аиГх)лее б;,..:;ким по техпичеекой сушluicTH и достигае.ч(.1Му эффекту способ 1:31олов;1ен1 я i рафилов лх тиглей для ц,павки титана, включающий нанесепне на внутреннюю рабочую новерхность гра(})итСВого тиг.ля покрытия из тхлоплавкого .; каростойког(у матсриа.ла. В качсстве тугоп.лавкого материа.ла пспо.л1)3улс;т окис) бсрн,л,лия. а Д.ЛЯ зап1ИТ;); ол взаимодействия титана с окис1ло бериллия на с.лой (жиси бериллия наносят закись нттрия 1-1.ли ре.1коземе. металлов 21 . Ыедослатка.ми способа яв.ляются токсичность берил.пия, трудоемкост|1 изгг)товлепия гигля, невысокая стойкость, покрытия i загрязнение расплава материалом покрытия. Це.Н)Н} изобрельлшя яв;(яется 1 е;п1чеiiue срока эксплуатации тиг.лн, Н() меха пческпх С1 ойств (ггливок и об.легченпе ni/on,eecii извлечения 1ар1н-;сажа iri Ллг.ля. i (хг1ав.ле1-пая це,ль достнгаелчя лч-м, что cnr/iaciio способу изготовлепия 1ра(() T:ir;ieii д,ля плавки титана, , в | |;псажш51х печах, вк.лючаюшемх панеiiip/TOeninoio рабочую повеГ)Х1-к;сть покрьггия из тхл(.1П,лавжарогтойкого матерпа,, покр)тпе сплава ллгга1:а, содержа1ае о кпелорода, п под юргают пос.1елун;ц ему пасышепню уг.леродом до 0,13 мае.-/с 1ричем сл;.лав титана с кис.лоро.лом наносят то.лп1, 0,1-- 0,5 м.1 па нредварилельпо нагретую до 25()-300(1 повер хность лл1г.ля с номошыо газопламешюго л5ета,л,л1 загора. того, пасьпце1 ис покрытия ллеродом осу1цест)Ляют от графнлового тигля oil.давлением naneceHfioio е.лоя сплава ти1ана с ,ло|.К)дом электрической дугч)й от пе|)асходуе.мого э.леклрода i)n п.лолпости в liaKvvMe пои давипертпого газа. Haneccinic сп.лааа тптапа ocv ществляют пулсм раепы.лепця проволоки марки ВТ-1-00 е помощью 1азовых металлизаторов тшта МГИ-2, МГ-4 и.ли , работаюгшгх на aHeiiL eiie в окис.лите.лыюй газовой среде. (5 качестве окислителя тилапа пспо.льзуют кислорода и воздуха.

Слой титанового сплава наносят на графитовую поверхность, нагретую до 250300°С. Карбонизацию покрытия из т 1танового си,1ава на поверхности гра()1итового тигля производят иутем его нагрева от э;1ектродуги графитового или вольфрамового электрода при плотности тока 5-8 А/см в вакууме при остаточном давленни порядка МО - IlO мм рт.ст., или в среде инертного газа. В результате карбонизации инертность сплава тптана с кислородом возрастает и титановый гарнисаж не пригорает к покрытию. В результате карбонизации образуется качествеппо новое защитное покрытие, которое пропитывает поверхиостный слой пористой |-рафитовой облицовки на глубину 3-5 мм и иовьяшает эксплуатационную стойкость тигля за счет создания жаростойкого и iie склонного к омамению покрытия по всей рабочей новерхностн графитовой облицовки. Сюй силава тптаиа с кис.тородом толци1||ОЙ менее 0,1 м.м не позволяет с /достаточной надежностью обеспечить качественн ю защиту но рабочей поверхности графитового тпгля ввиду повышенной иористости графита, который нри онлавлении слоя титана электродугой может юлностью eio вгштать. Слой величиной более 0,5 мм в процессе нагрева электродуго1( из-за низкой тенлопроводпости и относител1)Ио большой толшип1з1 дает трещины и отслаивается от графита до расп;1авлепия.

Нагрев гра())итовой облицовки перед покрытием темне) , дает низкую степень сцеи;1е;1ия с .мета.ыизационным слое.м. Повы1не1И1е температуры свыше 300( ирнводит к окис.1еш1К) графита, нарушению контакта с мета,1лизациоппым слоем за счет нача.1а образования СО или COz, напыле1шьп | с.таи получается пористым и сильно за|а:.г)ваипым. Оплавлсшю слоя пз сплава тптапа с кислородом на илотпости тока ниже 5 Л;см приводит к неравиомерно.му его иронлавлению, обеднению углеродом и к увеличению времени обработки дуговым разрядом. Покрытие может б)1ть некачественным п пористым. При увеличении плотности тока свыше 8 А/см не удается получить равномерный по толщине слой оксикарбида, а наличие высокого давления при разряде дуги приводит к местным утонениям пли наплывам металлизационпого слоя, которые,, в конечном итоге, отрицательно сказываются на теплоаккумулируюших и теплозащитных свойствах защитного слоя.

Применение или инертной среды предупреждает иов1)Цпенное окисление зандитной пленки. При давлении вьнне IlO мм рт. ст. в процессе нагревания электрод гой покрытие окисляется, что приводит к избыточно.му насьиценцю его кислородом и

зашптиых свойств. опижеиие дав/кмшя за преде, IlO мм рт. ст. не н.меот смь.чма, так как свойства покрытия не изменяются, а д.1ито,1ьность обработки нееравненпо возраетает.

У.чучшоние качества вьтлавляемого титана происходит благодаря повьипению газои,1отности нокрытия, которое надежно предохраняет pacH.iaB от взаи.модействия с газами, 10СТОЯННО нрнсутствуюши.ми в порах тнг,1я даже нри порядка .м рт, ст.

Пример. Па об.-щцовку, выполненную из гра(()ита марки ЭГ-1, с помощью газового метал.1нзатора , работаюп1,его па anern,iene с кислородом, наносят слой снлава Tirrana с кислородом (9 мас./о) толшпной 0.2 л.м. В качестве мета.1лнзацпонной шихты иенользуют нрово,1оку диаметром 1.6 мм из сплава ВТ-1-00, нри этом скорость ее подачи соста151нет 5 м/мин. Давление смесп воздуха с кислородом для расныления б . да.1епие метал;1пзатора от поверхности панылеипя 200-250 мм. Графитовый тиге.и, иеред покр1 1тисм нагревают до 300°С в термическо11 печи П-85. После нанесения мета,:;1изацпонного с.юя тпге,1ь устанавливают в |-ар11Исажнук1 иечь Пева-2, вак)умируют и с 11омои1ью нерасходуемого графитового э.1ектрода покрытне нодвергают онлавлслию при и,1от;1ост11 тока 7 .Л/см и остаточпол давлении порядка 1-10 .мм рт. ст.

(д;лав тптана с кислородом в жидком состоянии проиитывает облицовку тигля на ) 3,5 мм li обогани1ется уг.теродом до i.5 мас.. .1ьтаты и условия нроведеипя ii.iaBOK. в:11нолнениых но известному и ,1агаемом способам, нгиведены в таблице.

11рнведеи11ые даип|,1е ноказывают, что качество мета,1., В1;ш,1авленного в графнTOiioii об,1пцовке, из1Ч)товленной по предла1аемому способу, значительно превосходпт качество металла, выплав,:1енного в тигле но известном} способу, как по содержанию вредпых npiiMCceii. так и по пластическим характеристикам вьи1,1ав,тенного металла при эксплуатационной стойкости, лревышаюшей стойкость извеетпого тигля более чем в 3 раза. Причем гарнисаж из графитовой облицовки тиг.1я .чегко вьпшмается, и Т111чм1 пый узе,1 и,1авпльно-за,тивочной установки пригоден для н.чавки сп,тавов другого хи.мсостава, что и.еет бо,1ыпое значение Д.1Я нроизводственшз1Х условий изготовления литья. Таким образом, нредлагаемый способ изготовления графитовых тиглей гарнисажиых иечей для плавки титана позволяет в 23 раза уве.шчнть срок их эксплуатации, те.м самым еократить время иростоя печи при смене тиг.1я, иек.почить расход дорогостоящей титановой иихть; iia промывочные плавки при переходе от одной марки еплава к другой, сократить брак

фасонного литья на нластнческ;н.м характеристикам, связанным с Г1().1 загрязнением вредными примесями.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАФИТОВЫХ ТИГЛЕЙ ДЛЯ ПЛАВКИ ТИТАНА, например в гарнисажных печах, включающий нанесение на внутреннюю рабочую поверхность графитового тигля покрытия из тугоплавкого и жаростойкого материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации тигля, повышения механических свойств отливок и облегчения процесса извлечения гариисажа из тигля, покрытие наносят из сплава титана содержащего 3-15 мае. /о кислорода, и подвергают последующему насыщению углеродом до 0,1-3 Mac.Vo2.Способ по и. 1, отличаюи ийся тем, что сплав титана с кислородом наносят толщиной 0,1-0,5 мм на предварительно нагретую до 250-300°С поверхность тигля с помощью газопламенного металлизатора. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что насыщение покрытия углеродом осуществляют от графитового тигля оплавлением нанесенного слоя сплава титана с кислородом электрической дугой от нерасэлектрода при плотности тока ходуемого А/см в вакууме при давлении дуги о-е i рт.ст. или в среде инертне вьпие 1 ного газа. (Л