Подавляющую часть титана и циркония, получаемых в виде губки или порошка, превращают в компактные заготовки методом дуговой вакуумной плавки. В настоящее время методом плавки получают заготовки титана массой от 3 до 10 т и заготовки циркония массой до 2 т.

Плавка титана и циркония

Подавляющую часть титана и циркония, получаемых в виде губки или порошка, превращают в компактные заготовки методом дуговой вакуумной плавки. В настоящее время методом плавки получают заготовки титана массой от 3 до 10 т и заготовки циркония массой до 2 т.

Расходуемые электроды большей частью прессуют вне печи на гидравлических прессах из измельченной титановой или циркониевой губки (с размерами кусков 5-30 мм) под давлением 0,2-0,4 МПа. Цилиндрические брикеты соединяют в электрод нужной длины контактной торцевой сваркой в процессе спекания, для чего через них пропускают электрический ток в камере дуговой печи. Брикеты сваривают и вне печи аргоно-дуговым способом.

Для повышения жаропрочности, улучшения механических и коррозионных свойств в титан вводят легирующие добавки ряда металлов (Mn, Al, Cr, V, Mo, Fe, Ni). С этой же целью легируют и цирконий (в частности, вводят 1,4-1,6 % Sn, а также малые добавки Fe,Cr,Ni и др.). Целесообразно смешивать легирующую добавку с губкой, поступающей на прессование расходуемого электрода. Менее удовлетворителен способ, состоящий в изготовлении таблеток из легирующих компонентов, которые равномерно подаются в зону плавки.

При дуговой плавке в расплавленном состоянии находится короткое время небольшое количество металла, поэтому трудно обеспечить однородность распределения легирующих добавок. Вследствие этого большей частью проводят повторную плавку, используя полученный слиток в качестве расходуемого электрода. Плавку ведут на постоянном токе с соблюдением полярности: электрод-катод, расплав-анод. Преимущества постоянного тока — стабильность дуги. Кроме того, в этом случае под влиянием электронной бомбардировки на аноде выделяется 2/3 расходуемой энергии дуги, что благоприятствует увеличению объема жидкого металла в кристаллизаторе и создает более однородный слиток. Плавка титана в элекроннолучевых печах не получила развития из-за значительного испарения металла в высоком вакууме.

Цирконий плавят в электроннолучевых печах. В процессе плавки происходит в некоторой степени очистка циркония от кислорода, так как давление пара монооксида циркония при высоких температурах на два порядка выше давления пара циркония. После электронно-лучевой плавки циркония, выплавленного в дуговой печи, твердость циркония НВ снижается с 1300 до 950 МПа.

Метод порошковой металлургии

Этот метод используют для получения заготовок и изделий из титана и сплавов на его основе и в ограниченной степени — для получения изделий из циркония.

В порошковой металлургии титана используют порошки, полученные измельчением титановой губки, восстановлением диоксида титана гидридом кальция, а также полученные электролитическим рафинированием отходов титана.

Небольшие заготовки из порошка титана или его гидрида прессуют в стальных пресс-формах под давлением 350-800 МПа. Крупные заготовки массой 50-100 кг и более прессуют гидростатическим прессованием.

Спекание проводят в вакууме ~1,3·10-2-1,3·10-3 Па при 1200-1400 °С. Происходящее при 800 °С превращение гексагональной модификации в кубическую повышает подвижность атомов и благоприятствует спеканию.

Конечная пористость изделий, спеченных из гидрида титана (водород полно удаляется при спекании в вакууме), ~2%, при линейной усадке 12-14%. При работе с более крупнозернистыми порошками, полученными измельчением губки, наблюдается линейная усадка только 4-5 %. Для получения плотного металла необходима промежуточная ковка (обжатие) заготовки и повторное спекание. Крупные заготовки массой 50-60 кг спекают в вакуумных индукционных печах.

Механические свойства титана, полученного методом порошковой металлургии, не отличаются от свойств титана, выплавленного в дуговых печах. Методом порошковой металлургии можно также получать сплавы титана, прессуя заготовки из смеси порошков титана с порошком легирующего элемента и проводя затем спекание заготовок в вакууме.

 

Источник: Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. "Металлургия редких металлов", 1991