Методы плавки и получения сплавов компактного титана
|
Высокая реакционная способность, склонность к активному химическому взаимодействию с кислородом, азотом, углеродом и другими элементами не позволяют плавить титан и его сплавы в обычных металлургических печах. Плавку титана необходимо производить в условиях, предохраняющих жидкий металл от насыщения газами и другими вредными примесями. Технически чистый титан имеет сравнительно низкую прочность. Поэтому в промышленности используют главным образом сплавы титана. Высокая температура плавления титана(около 1670 °С), в сочетании с высокой химической активностью создает большие трудности при плавке и литье сплавов на основе титана. Чтобы титан не стал хрупким в результате загрязнения газами, плавку и литье проводят в высоком вакууме или в атмосфере инертного газа высокой чистоты, а также не допускают соприкосновения металла с огнеупорными материалами. В настоящее время разработано несколько методов плавки титана, предотвращающих вредное загрязнение металла газами или огнеупорными материалами: вакуумная дуговая, плавка в печи с гарнисажем, плавка в электрошлаковой печи, плазменно-дуговая, индукционная в графитовом тигле. Все виды плавок, за исключением индукционной, при плавлении титана применяют для формирования слитка в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, а при гарнисажной плавке — также в графитовый тигель. Вакуумная дуговая плавка в настоящее время является основным методом плавки титана. В электрошлаковой плавке источником нагрева служит джоулево тепло, выделяющееся при прохождении тока через слой флюса (фторида кальция), который является элементом сопротивления. Процесс осуществляется по схеме расходуемого электрода. При этой плавке параметры плавления легко регулируются, поверхность слитков получается такой, что их можно использовать для дальнейших переделов без обточки. Кроме того, можно получать слитки плоского и квадратного сечения, что очень удобно для прокатки. Способ плазменно-дуговой плавки позволяет переплавить сыпучую шихту с добавкой любого количества отходов. Источником тепла в этом процессе служит поток ионизированного газа-плазмы, подаваемого в зону плавки специальными устройствами — плазмотронами. При плазменной плавке, которая может осуществляться также и по схеме расходуемого электрода, повышается безопасность процесса, поверхность слитков лучше, чем при дуговой плавке. Способ индукционной плавки предусматривает использование главным образом графитового тигля, при этом весь переплавляемый металл находится в расплавленном виде в отличие, например, от вакуумно-дуговой плавки, когда формирование слитка из жидкой ванны металла в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе идет постепенно. Плотный графит является одним из тех немногих веществ, которые выдерживают действие жидкого титана. В результате реакций между гарфитом и расплавленным титаном на поверхности графита образуется слой стойкого карбида титана, который предотвращает непосредственное соприкосновение расплавленного металла с графитом. Так как углерод переходит в титан только в результате диффузии через слой карбида, растворение углерода в расплавленном титане происходит медленно. При использовании в качестве тигля огнеупорных материалов титан сильно ими загрязняется. Способ гарнисажной плавки позволяет наплавлять жидкий металл сразу на весь слиток, фасонную отливку или заготовку, например расходуемый электрод для второго переплава. Эта плавка характеризуется наличием на внутренней поверхности плавильного тигля слоя твердого титана или "гарнисажа", с которым соприкасается расплавленный металл. При плавке весь металл расплавляется электрической дугой в металлическом или графитовом тигле с титановым "гарнисажем”, откуда жидкий титан сливается в форму, а гарнисаж либо отделяют от металлического тигля и используют как расходуемый электрод при последующей плавке, либо оставляют (например, в графитовом тигле) для защиты от загрязнения углеродом очередных плавок титана. Способ гарнисажной плавки позволяет переплавлять любое количество отходов, получаемый металл имеет высокую однородность, тугоплавкие включения "вмерзают" в гарнисаж и не переходят в слиток. |
