» » Металлокерамический метод производства ковкого титана
07.02.2017

Порошок титана, содержащий небольшое количество примеси окисных пленок, может быть превращен в компактный ковкий металл путем прессования и спекания в высоком вакууме.
Наличие значительного количества окисных пленок не позволяет получать ковкий металл, так как в результате спекания окислы растворяются в металлическом титане, сильно повышая его твердость и уменьшая пластичность Поэтому при металлокерамическом методе получения ковкого титана порошок титана, получаемый, например, восстановлением комплексной фтористой соли K2TiF6 натрием, не может быть использован, так как такой порошок весьма мелкозернист и при отмывке, вследствие его большой удельной поверхности, в значительной степени покрывается окисной пленкой.
Порошок или губка титана, полученные другими методами, могут быть превращены в компактный ковкий металл методами порошковой металлургии.
По одному из вариантов этого метода порошок или измельченную губку титана прессуют в заготовки в стальных прессформах под давлением 7—8 т/см2. Полученные брикеты спекают в высоком вакууме порядка 10в-4 мм рт. ст. при температуре 1000—1200° в течение 10—16 час. Подъем температуры производится постепенно, чтобы максимальное количество примесей могло улетучиться через открытые поры брикета на первых стадиях спекания.
При вакуумном спекании происходит удаление магния, хлорида магния, водорода и других летучих примесей, сопровождаемое усадкой брикета и закупориванием пор. В результате усадки плотность спеченной заготовки достигает примерно 4,3 г/см3
С наибольшей скоростью примесь магния улетучивается при 850—950°. В этой области температур при спекании титана, полученного магниетермическим методом, рекомендуется делать выдержку при продолжающейся откачке до достижения остаточного давления в печи 10в-3—10в-4 мм рт. ст.
Спеченные заготовки подвергают ковке для заковывания пор при суммарном обжатии до 15—20%, после чего они отжигаются в вакууме при температуре 900—1000°. При этом закованные поры завариваются в процессе протекающей рекристаллизации. Полученные таким образом плотные и беспористые отожженные заготовки подвергаются дальнейшей обработке давлением с промежуточными отжигами в листы, проволоку и т. п.
Преимущества металлокерамического метода для получения компактного титана по сравнению с методом переплавки губки заключаются в отсутствии литейных отходов, а сравнительно с переплавкой в графитовом тигле, также и в отсутствии загрязнений углеродом.
Недостатки же металлокерамического метода заключаются в ограниченности размеров заготовок, что лимитируется мощностью прессов, необходимых для прессования брикетов при указанном относительно высоком удельном давлении прессования, а также в длительности и меньшей производительности процесса спекания по сравнению с процессом переплавки.
При втором варианте металлокерамического способа исходный порошок титана или измельченная губка, либо спрессованные заготовки плотно набивают в стальной контейнер (между стальными листами или в стальную трубу), после чего контейнер заваривают и вместе с запрессованным в него порошком или брикетами подвергают горячей прокатке при температуре около 900°. Стальная оболочка создает всестороннее обжатие металла в процессе прокатки, в результате чего под совокупным воздействием давления и высокой температуры частицы порошкообразного металла спекаются и металл уплотняется практически до беспористого состояния. Одновременно герметичная металлическая оболочка предохраняет титан от взаимодействия с воздухом при повышенной температуре прокатки. Для того чтобы при горячей прокатке в контейнерах металл не поглотил газов, заключенных в порах между частицами порошка, контейнер перед запрессозыванием в него брикета и заваркой наполняется инертным газом (аргоном, гелием).
После прокатки стальная оболочка надрезается и легко снимается с прокатанного металла, по-видимому, вследствие образования на поверхности соприкосновения хрупкого тонкого слоя железотитанового сплава.
Этот метод более прост, чем метод прессования в стальных прессформах с последующим спеканием порошка в вакууме, и позволяет получать более крупные заготовки.
Недостатком его является то, что здесь исключается вакуумное спекание, что не дает возможности осуществить дополнительную рафинировку металла удалением летучих примесей и газов.
Возможности применения металлокерамического метода для производства ковкого титана в крупных масштабах связаны с поисками путей устранения этих недостатков Необходимо использовать такие методы формования брикетов из порошка, которые позволили бы применять меньшие удельные давления и тем самым получать заготовки больших размеров при равномерном распределении плотности по объему брикета. Кроме того, необходимо разработать условия спекания крупных заготовок при равномерном их прогреве, которые обеспечивали бы возможность улетучивания примесей.
Дополнительные сведения, касающиеся металлокерамического метода производства активных ковких металлов (титана и циркония), приведены ниже на примере производства циркония.