Способ изготовления полуфабрикатов из отходов титана и его сплавов

 

Изобретение относится к изготовлению полуфабрикатов из отходов титана и его сплавов. Способ заключается в следующем: прессуют титановые полуфабрикаты, проводят одновременно обезводораживающий отжиг садки полуфабрикатов и наводораживающий отжиг садки в виде предварительно измельченной на гранулы титановой стружки в одном цикле и в едином печном пространстве в замкнутом циркулирующем потоке защитного газа, при этом перед отжигами дополнительно проводят нагрев садки до температуры, достаточной для равномерного распределения кислорода и водорода по объему гранул, отжиги ведут непрерывно, при этом обезводораживающий отжиг проводят до концентрации водорода в полуфабрикатах, исключающей впоследствии замедленное хрупкое разрушение их, а наводораживающий отжиг - до концентрации водорода в гранулах вплоть до получения гидрида титана, водородовыделяющую и водородопоглoщающую садки размещают последовательно друг за другом в виде технологических блоков, каждый из которых имеет по меньшей мере два контейнера, причем контейнеры попарно соединяют между собой параллельно-последовательно для пропускания через них циркулирующего потока защитного газа в смеси с водородом. Способ позволяет снизить трудоемкость процесса и энергозатрат, а также повысить качество полуфабрикатов. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к изготовлению полуфабрикатов из отходов титановых сплавов, и может быть использовано для утилизации титановой стружки, обрези и т.п. в различных отраслях машиностроения при изготовлении деталей и узлов из отходов титановых сплавов.

Известен способ изготовления заготовок из титановой порошковой смеси по патенту США N 4832760, C 22 E 1/18 от 23.05.1989 года, предусматривающий компактирование порошковой смеси, горячее прессование заготовки, наводораживающий отжиг и обезводораживающий отжиг в вакууме. Способ позволяет обеспечить улучшение микроструктуры полуфабрикатов и комплекса свойств материала.

К недостаткам способа относятся: - высокая трудоемкость процесса в целом из-за применения для наводораживающего и обезводораживающего отжигов специального оборудования по отдельности; - большие затраты на электроэнергию, особенно при выполнении обезводораживающего отжига в вакууме; - сложность применяемого оборудования для реализации процесса.

Наиболее близким к предлагаемому способу является патент Российской Федерации N 2074566, C 22 B 7/00, 34/12, C 22 F 1/12 от 22.08.1995 года, включающий прессование титановых полуфабрикатов, проведение одновременно обезводораживающего отжига садки полуфабрикатов и наводораживающего отжига садки в виде предварительно измельченной на гранулы титановой стружки в едином цикле и в едином печном пространстве в замкнутом циркулирующем потоке защитного газа.

Данный способ имеет следующие недостатки: 1) относительно низкое качество полуфабрикатов и наводороженных титановых гранул из измельченной стружки из-за неравномерного распределения водорода и кислорода в их объеме; 2) цикличность одновременно проводимых отжигов и низкая производительность процесса из-за частых "загрузок-выгрузок" садок.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости процесса и энергозатрат, а также повышение качества полуфабрикатов.

В результате анализа признаков известных способов изготовления полуфабрикатов при проведении патентных исследований, сходных с отличительными признаками предлагаемого изобретения не обнаружено. Предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.

Поставленная задача достигается способом изготовления полуфабрикатов из отходов титана и его сплавов, включающим прессование титановых полуфабрикатов, проведение одновременно обезводораживающего отжига садки полуфабрикатов и наводораживающего отжига садки в виде предварительно измельченной на гранулы титановой стружки в одном цикле и в едином печном пространстве в замкнутом циркулирующем потоке защитного газа, при котором перед отжигами дополнительно проводят нагрев садки до температуры, достаточной для равномерного распределения кислорода и водорода по объему гранул, отжиги проводят непрерывно, при этом обезводораживающий отжиг ведут до концентрации водорода в полуфабрикатах, исключающей впоследствии замедленное хрупкое разрушение их, а наводораживащий отжиг - до концентрации водорода в гранулах вплоть до получения гидрида титана, водородовыделяющую и водородопоглощающую садки размещают последовательно друг за другом в виде технологических блоков, каждый из которых имеет по меньшей мере два контейнера, причем контейнеры попарно соединяют между собой параллельно-последовательно для пропускания через них циркулирующего потока защитного газа в смеси с водородом.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на чертеже показана схема реализации способа.

Предложенный способ осуществляется следующим образом: в термическую печь (единое печное пространство) 1 помещают садку полуфабрикатов 2 для обезводораживающего отжига в виде технологического блока, состоящего из контейнеров 3, и садку предварительно измельченной на гранулы титановой стружки 4 для наводораживающего отжига в виде технологического блока, состоящего из контейнеров 5, подключают их параллельно-последовательно к замкнутой циркуляционной системе защитного газа 6, включающей в себя побудитель расхода 7, переключающие устройства 8, например, в трехходовом исполнении, источник нейтрального газа 9, термическая печь 1 снабжена боковыми люками 10.

После загрузки садок, замкнутую циркуляционную систему 6 вакуумируют высоковакуумными откачными средствами 11, затем заполняют ее защитным газом, например аргоном, и нагревают садки 2, 4 (контейнеры 3, 5) для равномерного распределения O₂ и частично H₂ по объему содержимого контейнеров 3 и 5 с целью обеспечения беспрепятственного выделения и поглощения H₂, после чего включают побудитель расхода 7 для обеспечения циркуляции защитного газа, проводят обезводораживающий отжиг полуфабрикатов в контейнерах 3 и одновременно наводораживающий отжиг титановых гранул в контейнерах 5; отжиги проводят непрерывно до достижения концентраций водорода в полуфабрикатах, исключающих впоследствии замедленное хрупкое разрушение их, т.е. менее 0,008% по массе, а гранулы титановой стружки наводораживают до концентраций соответствующих гидриду титана (не более 4,0% по массе).

В процессе проведения отжигов, по достижении необходимых концентраций водорода в садках, для обеспечения непрерывности процесса, контейнеры 3 и 5 периодически заменяют через боковые люки 10 и за счет быстродействующих узлов стыковки контейнеров 3 и 5, и переключающих устройств 8, при этом давление защитного газа в замкнутой циркуляционной системе 6 во избежание подсосов атмосферного воздуха повышают на 10 - 15%, что, как показали эксперименты, достаточно для поддержания высокого качества полуфабрикатов и гранул (отсутствие существенного окисления их поверхности).

Экспериментально доказано достижение задачи предлагаемого изобретения: энергозатраты за счет исключения останова термической печи для выгрузки садок с последующим разогревом ее и т.п., снизились на 35 - 40%; трудоемкость снизилась на 20 - 25%, за счет проведения дополнительного отжига перед началом процесса "обеводораживания-наводораживания", повысилась стабильность комплекса свойств полуфабрикатов, в том числе улучшилась их микроструктура.

Формула изобретения

Способ изготовления полуфабрикатов из отходов титана и его сплавов, включающий прессование титановых полуфабрикатов, проведение одновременно обезводораживающего отжига садки полуфабрикатов и наводораживающего отжига садки в виде предварительно измельченной на гранулы титановой стружки в одном цикле и в едином печном пространстве в замкнутом циркулирующем потоке защитного газа, отличающийся тем, что перед отжигами дополнительно проводят нагрев садки до температуры, достаточной для равномерного распределения кислорода и водорода по объему гранул, отжиги проводят непрерывно, при этом обезводораживающий отжиг ведут до концентрации водорода в полуфабрикатах, исключающей впоследствии замедленное хрупкое разрушение их, а наводораживающий отжиг - до концентрации водорода в гранулах вплоть до получения гидрида титана, водородовыделяющую и водородопоглощающую садки размещают последовательно друг за другом в виде технологических блоков, каждый из которых имеет по меньшей мере два контейнера, причем контейнеры попарно соединяют между собой параллельно-последовательно для пропускания через них циркулирующего потока защитного газа в смеси с водородом.

РИСУНКИ

Рисунок 1