Способ получения расходуемого электрода

 

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки в вакуумно-дуговых печах слитков из титана и его сплавов, легированных изотопом углерод-14, в частности для проведения авторадиографических исследований. Способ включает перемешивание каждой порции сыпучих компонентов шихты, состоящей из легирующего элемента, губчатого титана и отходов, помещение шихты в контейнер пресса и порционное ее прессование. В качестве легирующего элемента шихты используют изотоп углерод-14, который равномерно вводят в каждую порцию шихты с таблеткой из порошка титана. Таблетку получают путем предварительного смешивания изотопа углерод-14 с мелкодисперсным порошком титана с приготовлением навески, ее помещения в пресс-форму с порошком титана и прессования при давлении не менее 200 кг/мм² и спекания не менее часа в вакууме с остаточным давлением 3-5·10^-2 мм рт.ст. при температуре 1000±50°C. Изобретение позволяет получать слитки титана, легированные изотопом углерод-14 на стандартном технологическом оборудовании с максимальным усвоением активного углерода в любой массе металла. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для плавки в вакуумно-дуговых печах слитков из титана и его сплавов, легированных изотопом углерод-14, в частности для проведения авторадиографических исследований.

При вакуумно-дуговой выплавке титана введение легирующих элементов осуществляется на стадии изготовления расходуемых электродов.

Известен способ получения расходуемого электрода - полунепрерывное, порционное прессование через конусную проходную матрицу. Способ включает дозирование, перемешивание в смесителе каждой порции сыпучих компонентов шихты, состоящей из губчатого титана, легирующих элементов и отходов, ссыпку шихты в контейнер пресса, порционное прессование расходуемого электрода в виде по крайней мере одного блока (Андреев А.Л. и др. - М.: Металлургия, 1994, с.189) - прототип.

Данный способ позволяет получить длинный и однородный в поперечном сечении электрод, который состоит из отдельных порций шихты весом 120-140 кг. Вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода, изготовленного известным способом, позволяет получить слиток с удовлетворительным качеством структуры металла и химическим составом. Химическая неоднородность возрастает при плавлении сплавов с легирующими элементами, вводимыми в малых количествах. По условиям авторадиографических исследований количество вводимого в сплав углерода-14 составляет 8·10^-6 от веса слитка или 0,0008% С-14. Практически дозировка и порционное введение в шихту такого количества вещества крайне затруднительно. Кроме того, работа с чистым изотопом углерод-14 требует, по условиям техники безопасности, специальных приемов и оборудования, применение которых в серийном производстве нерационально или невозможно.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание возможности проведения авторадиографических исследований титановых изделий, изготовляемых методом вакуумно-дуговой плавки.

Техническим результатом, достигаемым при применении предлагаемого способа, является получение слитков титана, легированных изотопом углерод-14, на стандартном технологическом оборудовании, с максимальным усвоением активного углерода в любой массе металла, выплавляемого в вакуумно-дуговых печах при соблюдении мер радиационной безопасности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения расходуемого электрода для выплавки титановых сплавов, включающем перемешивание каждой порции сыпучих компонентов шихты, состоящей из легирующего элемента, губчатого титана и отходов, помещение шихты в контейнер пресса и порционное ее прессование, в качестве легирующего элемента шихты используют изотоп углерод-14, который равномерно вводят в каждую порцию шихты с таблеткой из порошка титана.

Таблетку получают путем предварительного смешивания изотопа углерод-14 с мелкодисперсным порошком титана с приготовлением навески, ее помещения в пресс-форму с порошком титана и прессования не менее 200 кг/см² и спекания не менее часа в вакууме с остаточным давлением 3-5·10^-2 мм рт.ст. при температуре 1000±50°С.

Изготовление расходуемого электрода по заявленному способу осуществляют следующим образом.

В боксе ампула с углеродом-14 вскрывается, в нее добавляется 2 г мелкодисперсного порошка титана, содержимое перемешивается. Полученная смесь пересыпается из ампулы в алюминиевый “кулек”, тщательно упаковывается и обжимается. Приготовленные фасовки помещаются в пластмассовый пенал.

Для прессования таблеток используется ручной гидравлический пресс и металлическая пресс-форма с закаленной рабочей поверхностью. В гнездо пресс-формы засыпается порошок титана, из пенала навеска изотопа пинцетом помещается в центр пресс-формы, сверху засыпается порошок титана и производится прессование при давлении не менее 200 кг/см². Готовые таблетки помещаются в пластмассовый пенал. Чтобы исключить выгорание углерода в процессе переплава шихтовых материалов, таблетки с радиоактивным изотопом подвергаются спеканию в течение часа, в вакууме с остаточным давлением 3-5·10^-2 мм рт. ст., при температуре 1000±50°С. После остывания таблетки по одной упаковываются в алюминиевую фольгу, помещаются в пластмассовый пенал, который, в свою очередь, помещается в транспортный контейнер для отправки к месту выплавки слитков. Затем таблетки вводятся в шихту. Шихтовыми материалами для выплавки титана и его сплавов является титановая губка, легирующие элементы в виде чистых металлов или различных лигатур, отходы титановых сплавов (куски, листовая обрезь, стружка). После проведения операций дозирования и перемешивания производится прессование расходуемого электрода.

Пример. Для изготовления промышленного слитка из сплава ВТ 3-1 (⊘770 мм, длиной 4200 мм, массой 8345 кг) применено 67 г изотопа углерод-14, который был запрессован в 134 таблетки. Прессование проводилось на ручном гидравлическом прессе, при давлении 250 кг/см². Параметры таблетки: диаметр – 16 мм, высота – 17 мм, масса – 16 г. Обжиг таблеток производился в кварцевых ампулах с вакуумным краном. В ампулу помещалось от 10 до 14 таблеток. Термообработка ампулы производилась в печи сопротивления с автоматической регулировкой температуры, при температуре 1000±10°С в течение 1 ч. После остывания таблетки были извлечены из ампулы, транспортированы в штатной таре на участок прессования. Затем таблетки равномерно вводились в шихту, и было проведено прессование расходуемого электрода.

Предложенный способ обеспечивает 100% усвоение активного углерода в любой массе металла (от лабораторного развеса до промышленных слитков массой 15 т), обеспечивает радиационную безопасность. Заявленное изобретение позволяет производить автографирование продольных и поперечных темплетов, отбираемых на разных стадиях передела горячего слитка от блюмса до прутка или от заготовки до крупно- и малогабаритных поковок и штамповок. Предлагаемое изобретение эффективно для исследований разных аспектов создания и усовершенствования технологии выплавки слитков и производства титановых полуфабрикатов из титановых сплавов.

Формула изобретения

1. Способ получения расходуемого электрода для выплавки титановых сплавов, включающий перемешивание каждой порции сыпучих компонентов шихты, состоящей из легирующего элемента, губчатого титана и отходов, помещение шихты в контейнер пресса и порционное ее прессование, отличающийся тем, что в качестве легирующего элемента шихты используют изотоп углерод-14, который равномерно вводят в каждую порцию шихты с таблеткой из порошка титана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что таблетку получают путем предварительного смешивания изотопа углерод-14 с мелкодисперсным порошком титана с приготовлением навески, ее помещения в пресс-форму с порошком титана и прессования при давлении не менее 200 кг/мм² и спекания не менее часа в вакууме с остаточным давлением 3-5·10^-2 мм рт.ст. при температуре (1000±50)°C.