» » Сопротивление различных способов производства ковких титана и циркония
07.02.2017

Для производства компактных ковких титана и циркония применяются различные, существенно отличающиеся друг от друга способы:
1) получение металлов термической диссоциацией летучих иодидов;
2) спекание в вакууме брикетов, спрессованных из порошков или губки;
3) плавка металлов, восстановленных из хлорида магнием в графитовом тигле в атмосфере аргона (гелия) или в вакууме,
4) плавка в электродуговой печи в медном охлаждаемом тигле в атмосфере аргона (гелия) или в вакууме.
Выбор того или итого способа производства ковких титана и циркония определяется, с одной стороны, экономическими показателями, зависящими главным образом от масштаба данного процесса (производительности выбираемого типа аппаратуры), с другой стороны, качеством получаемого металла
Качество компактных титана или циркония в связи с выбранным методом производства определяется содержанием в них примесей и главным образом содержанием кислорода, азота и углерода, влияющих в первую очередь на пластичность металлов.
Наиболее заметное влияние на повышение твердости металла оказывают азот и кислород. При повышении содержания каждого из этих элементов до 0,2% твердость титана возрастает примерно от 100 до 200—220 кг/мм2.
Повышение содержания углерода менее резко сказывается на увеличении твердости. В пределах небольших концентраций углерода, не выходящих за границы его твердого раствора в а-титане, т. е. до 0,075% С, повышение содержания углерода на каждые 0,01% приводит к повышению твердости примерно на 3,3 кг/мм2. Таким образом, вплоть до образования насыщенного твердого раствора углерода в титане твердость повышается примерно на 25 единиц по Бринелю.
Дальнейшее повышение содержания углерода приводит к выкристаллизовыванию при остывании слитка включений карбида титана, что уже более заметно отражается на свойствах металла. Увеличение содержания углерода примерно до 0,5% приводит к повышению твердости до 170—175 кг/мм2.
Аналогичное влияние оказывают примеси кислорода, азота и углерода и на свойства циркония.
В табл. 67 сопоставлены величины твердости титана и циркония в зависимости от содержания в них кислорода. Как видно, повышение твердости титана и циркония находится примерно в одинаковой зависимости от содержания в них кислорода.
Сопротивление различных способов производства ковких титана и циркония

Хотя влияние примеси кислорода на механические свойства титана и .циркония примерно одинаково (табл. 67), все же некоторые данные говорят о несколько большем влиянии растворенного кислорода на обрабатываемость циркония, чем титана. Имеются сведения, что цирконий, содержащий больше 0,2% (вес.) кислорода [т. е около 1% (атомн.)], не прокатывается на холоду, в то время как титан, содержащий 0,33% (вес.) кислорода [1% (атомн )], допускает при прокатке на холоду 60%-ное обжатие и после прокатки обладает сопротивлением при растяжении 60 кг/чм2 при удлинении 10%. Для бескислородного титана сопротивление при растяжении составляет 30 кг/мм2 при удлинении 20%.
Свойства титана и циркония зависят от метода производства этих металлов (табл. 68). Титан и цирконий, полученные путем термической диссоциации их иодидов, обладают низкой твердостью и прочностью при большой пластичности.
Сопротивление различных способов производства ковких титана и циркония

Механические свойства титана или циркония, полученных либо спеканием в вакууме измельченной губки восстановленной магнием, либо переплавленных из губки в тигельной или дуговой печи, немного различаются между собой. Во всех этих случаях, например, твердость компактного беспористого отожженного титана примерно в два раза выше, тем иодидного титана. Тем не менее компактные титан и цирконий, полученные с помощью трех последних методов, сохраняют еще достаточно высокую пластичность, выражающуюся удлинением в 16—30%, что позволяет эффективно обрабатывать их давлением на холоду.
Титан и цирконий, плавленные в дуговой печи, несколько более пластичны по сравнению с металлами, плавленными в графитовом тигле, что объясняется воздействием повышенного содержания примеси углерода, поглощаемого титаном или цирконием при плавке в графитовом тигле. Включения твердых карбидов могут создать затруднения при обработке металла резанием.
Поэтому для производства ковких титана и циркония в больших масштабах наиболее распространен метод плавки в дуговых печах с медным охлаждаемым тиглем Этот метод устраняет возможность загрязнения слитка углеродом из тигля.
Качество титана и циркония, выплавляемых в вакууме, улучшается за счет более полного удаления водорода, который даже в небольшом количестве повышает хрупкость металла в связи с выделением гидридных включений.
Выделение гидридных включений вызывает также понижение коррозионной стойкости циркония.
Устранение загрязнения слитка материалом электрода при дуговой плавке достигается применением расходуемых электродов, спрессованных из титанового или циркониевого порошка (губки). Этому методу в последнее время уделяют наибольшее внимание.
При плавке циркония в графитовом тигле происходит несколько меньшее поглощение углерода, чем при плавке титана, особенно если тигель предварительно обработан расплавленным цирконием, что приводит к образованию на его внутренних стенках защитной пленки карбида циркония.
В связи с выделением карбидных включений, появляющихся в цирконии после плавки в графитовом тигле, его сопротивление коррозии ухудшается.
Уменьшение количества поглощенного углерода достигается также при применении метода плавки с выливанием металла через донное отверстие (вместо плавки на «козла») за счет сокращения времени контакта металла со стенками тигля
Металлокерамический метод производства ковких титана и циркония также дает удовлетворительные качественные результаты.
Спеканием в высоком вакууме (10в-4—10в-5 мм рт. ст.) удается получить чистый пластичный металл, свободный от возможных загрязнений, могущих попасть в процессе плавки из материалов тигля, изложницы и электродов.
Заслуживает также внимания вариант спекания гидридных порошков, что, как описано выше, приводит в процессе разложения гидрида к образованию хорошо спекающихся частиц металла с чистой и активной поверхностью.
Однако при спекании крупных брикетов для наиболее полного удаления летучих примесей приходится увеличивать продолжительность спекания. Брикет выдерживают при высоком вакууме в области повышенных температур до тех пор, пока сохраняется высокая и преимущественно сквозная пористость, благоприятствующая ускоренному испарению летучих принесен. Длительность процесса спекания снижает его производительность и увеличивает расход электроэнергии по сравнению с методом плавки.
По размерам заготовок компактного металла, по масштабам производства и, следовательно, его экономическим характеристикам металлокерамический метод до сих пор отстает от метода производства ковких титана и циркония переплавкой.