Технические науки/металлургия

К.т.н. Колобов Г.А., Лукошников А.И., д.т.н. Червоный И.Ф.

Запорожская государственная инженерная академия

О снижении стоимости титановой продукции

Возрастающая потребность отраслей промышленности в титановых сплавах ставит задачу производства приемлемых по стоимости и уровню технологических характеристик сплавов. Удешевление титановых сплавов возможно за счет использования вторичных материалов, экономного легирования, а также путем использования методов порошковой металлургии.

Использование отходов. Максимально полное и рациональное использование отходов удешевляет титановую продукцию за счет замены губчатого титана кондиционными отходами и ломом, а также использования низкосортного губчатого титана вместо высокосортного.

Упрощение технологии получения титановых слитков без снижения их качества снижает стоимость полуфабрикатов из титана и его сплавов, что делает их конкурентоспособными по отношению к нержавеющим никельсодержащим сталям и сплавам.

Современные виды плавки шихты различного состава, в том числе содержащей лом и отходы, позволяют получать слитки титановых сплавов повышенной чистоты.

К рафинирующим переплавам относится электронно-лучевая плавка, которая позволяет получать слитки титановых сплавов по содержанию азота, водорода и кислорода более чистые, чем выплавленные способом ВДП.

Электрошлаковый переплав под активными шлаковыми системами в контролируемой атмосфере печей камерного типа может существенно расширить возможности переплавных процессов титана. Данному способу присущи все достоинства классического электрошлакового переплава: рафинирующая шлаковая среда, направленная кристаллизация и хорошая поверхность слитка.

Разработана новая технологическая схема производства высокока-чественных титановых сплавов из отходов и недробленой губки, которая основана на использовании печей дискового донного слива с индукционным нагревом [1].

В работе [2] испытана технология, которая предусматривает вакуумную индукционную плавку в специальных керамических тиглях, последующее раскисление переплавкой под реактивным шлаком и рафинирование вакуумной дуговой плавкой.

Способ получения высокочистого титана для производства мишеней, используемых при тонкопленочной металлизации в микроэлектронике, предложенная в работе [3], включает обработку прутка иодидного титана в реакторе потоком хлора, осушенного от влаги, и последующую его вакуумную зонную перекристаллизацию с получением поликристаллического титана, который подвергают электронно-лучевому переплаву в плоском кристаллизаторе, причем полученный плоский слиток проплавляют с каждой его стороны на всю глубину.

Экономное легирование. В ВИАМ (Россия) разработана концепция создания экономнолегированных титановых сплавов, базирующаяся на строго нормированных добавках кислорода и азота, что позволяет получать сплавы высокой прочности и пластичности [4].

Авторами работы [5] отмечается возможность использования в титановых сплавах в качестве легирующих элементов примесей, попадающих в губчатый титан на стадии магниетермического восстановления, в первую очередь, α-стабилизаторов: азота, кислорода, углерода, обеспечивающих приращение прочности, а также β-стабилизатора – железа, имеющегое высокий уровень содержания в губчатом титане.

Использование порошковых материалов. Одной из приоритетных среди технологий получения готовых изделий является технология порошковой металлургии, где коэффициент использования материала достигает величины порядка 99 %.

На Запорожском металлургическом опытно-промышленном заводе Института титана титан мелких фракций производят методом механического дробления и измельчения [6]. Сырьем для производства титана крупностью менее 2 мм служит губчатый титан, образующийся при дроблении и рассеве гарнисажной части блока (фракция - 12 мм).

Губчатый титан фракции -12 мм подвергаю предварительному рассеву на фракции -2, +2-5 и +5-12 мм. Материал фракций +2-5 и +5-12 мм раздельно направляют на дробление, а фракция -2 мм, после отбора пробы для аналитического контроля, - для составления партии товарного металла.

После дробления материала фракций +2-5 и +5-12 мм дробленый металл направляют на рассев, где из него выделяют металл фракции -2 мм. Металл крупнее 2 мм направляют на повторное дробление с последующим рассевом.

При механическом дроблении губчатого титана, в первую очередь, измельчаются наиболее загрязненные частицы металла, имеющие повышенную хрупкость. Так, в металле, полученном после однократного дробления, имеет место высокая массовая доля примесей, которая при дальнейшем дроблении материала снижается.

Образцы, спрессованные (усилие прессования 700 МПа) из порошков фракций -0,63 +0,18 и -0,25 +0,1 мм и спеченные в вакууме (температура - 1310 ºС, длительность выдержки - 120 мин.), подвергали механическим испытаниям при одноосном растяжении с получением следующих результатов: плотность - 4,40 г/см³; предел прочности σ_в = 520-570 МПа; относительное удлинение δ = 7-9 %, относительное сужение ψ = 13-18 %; твердость – 172-188 ед.НВ.

Уровень прочностных свойств образцов из опытного материала выше, чем образцов из порошка титана марки ПТ5 (σ_В = 450 МПа, δ = 11 %, ψ = 20 %), при незначительном снижении пластичности, что позволяет рекомендовать порошки титана с повышенным содержанием примесных элементов для изготовления изделий методом порошковой металлургии.

Литература:

1. Волков, А. Е. Новая технологическая схема производства высококачественных титановых сплавов из отходов и недробленой губки / А. Е. Волков // Титан. – 2010. – № 2. – С. 42-49.

2. Reitz, J. Recycling of gamma titanium aluminide scrap from investment casting operations / J. Reitz, С. Lochbichler, В. Friedrich // Intermetallics. – 2011. – Vol. 19. – No 6. –. 762-768.

3. Патент РФ 2418874 Россия, МПК С 22 В 34/12 (2006.01), С 22 В 9/05 (2006.01.) Способ получения высокочистого титана для распыляемых мишеней: ИФТТ РАН, Н.С.Сидоров, Е.Д. Штинов, В.Г. Глебовский. – № 2010127554/02; Заявл. 06.07.2010; Опубл. 22.05.2011.

4. Ночовная, Н.А. Проблемы создания экономичных титановых сплавов и пути их решения / Н.А. Ночовная, А. В. Исаичев, В.Г. Анташев // Все материалы. Энциклопед.справочник. – 2008. – № 5. – С. 10-15.

5. Получение экономнолегированных спеченных титановых сплавов на основе порошка гидрида титана губчатого с заданным химическим составом / С.И. Давыдов, А.В. Осипенко, А.В. Овчинников и др. // Ti-2012 в СНГ. Сб. трудов межд. конф., г. Казань, 22-25.04.2012. – Киев: ИМФ НАНУ, 2012. – С. 80-84.

6. Вторичное титановое сырье: некоторые способы использования / Г.А. Колобов, К.А. Печерица, С.И. Давыдов и др. / Там же. – С. 89-91.