Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Литье титановых сплавов

ВОДОРОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

[1]

Основы водородной технологии производства титановых отливок

Повышение качества титановых отливок и прежде всего их поверхностного слоя — первоочередная задача литейной технологии. Разработка методов воздействия на формирование структуры и свойств литого металла, управление состоянием поверхностного слоя отливок являются основными направлениями ее совершенствования. Для повышения качества отливок используют защитные покрытия литейных форм из тугоплавких металлов и соединений, а для улучшения свойств литого металла при изготовлении отливок ответственного назначения — операцию горячего изостатического прессования.

В последнее время развивается принципиально новое научное направление — водородная технология титановых сплавов, основанная на использовании уникальных свойств водорода временно влиять на структуру и свойства титана и его сплавов, что позволяет решать разнообразные задачи в области материаловедения и технологий заготовительного производства титановых сплавов.

Взаимодействие титана с водородом характеризуется рядом специфических эффектов и особенностей, благодаря которым при определенных условиях можно совершенствовать технологический процесс производства отливок из титановых сплавов. Водород является единственным элементом, взаимодействие которого с титаном носит обратимый характер, и это обстоятельство предопределяет значимость водорода как временного легирующего элемента, вводимого в металл для решения определенной технологической задачи, а затем удаляемого вакуумным отжигом.

Роль воздействия водорода на свойства титана и его сплавов многообразна и уникальна:

О растворимость водорода в титане с повышением температуры падает и поэтому водород может использоваться в качестве среды при формировании титановых отливок в высокотемпературной области, наиболее опасной с точки зрения появления дефектов литья (метод формирования отливок из титановых сплавов в формах с покрытиями из водородосодержащих материалов);

О существенное влияние водорода на фазовые и структурные превращения в титановых сплавах, что создает реальную возможность управлять структурой и свойствами металла отливок (метод поверхностного водородного модифицирования литой структуры в сочетании с методом формирования отливок в водородосодержащих формах);

О водород значительно повышает хрупкость титановых сплавов при низких температурах за счет выделения в структуре металла гид- ридной фазы, что облегчает работу механического разрушения на- водороженных сплавов и открывает возможность отделения элементов литниково-питающей системы от отливок и измельчения литейных отходов на куски и в порошок (метод локального водородного охрупчивания элементов отливок и литейных титановых отходов в сочетании с разрушением металла изгибом, ударом и др.);

О водород способен пластифицировать металл при температурах выше температуры фазового превращения, что проявляется в снижении удельных усилий деформации металла в условиях горячего и статического прессования отливок из титановых сплавов при исправлении внутренних дефектов газоусадочного характера (метод горячего изостатического прессования отливок в режиме водородного пластифицирования титановых отливок);

О водород оказывает благоприятное влияние на механическую обработку титановых сплавов и изделий из них (отливок) резанием за счет снижения температуры в зоне резания, уменьшения усилия, улучшения стружкообразования и повышения стойкости инструмента;

О при определенных условиях водород является восстановителем по отношению к оксидным включениям в титановых сплавах и может быть использован в качестве восстановительной рафинирующей среды при переработке порошкообразных и мелкокусковых отходов, а также при плавлении металла с добавлением отходов.

Указанные положительные эффекты, обусловленные водородом, можно использовать на всех технологических стадиях формирования отливок и их последующей обработки, при плавлении металла и переработке отходов, в том числе некондиционных.

Использование водородной технологии получения отливок из титановых сплавов позволяет комплексно решать проблемы литейного производства: повысить качественные показатели литого металла и самих отливок, по безотходной схеме производить отделение элементов литниково-питающей системы и измельчать литейные отходы перед повторным использованием, повысить качество металла шихтовых материалов, улучшить санитарно-гигиенические и экологические показатели производства за счет исключения из технологического процесса ацетилено-кислородной резки металла.

Введение водорода в металл и вакуумный отжиг отливок являются по существу дополнительными и в ряде случаев дорогостоящими операциями. Поэтому рациональный подход к созданию водородной технологии предполагает ограничение введения водорода в металл зонально и в концентрациях, не превышающих допустимых пределов для литейных сплавов. Процессы, в которых необходимо обратимое водородное легирование до более высоких концентраций, должны давать неоспоримые преимущества, например горячее изостатическое прессование в режиме водородного пластифицирования металла, механическая обработка отливок. Локальное и поверхностное введение водорода в металл на различных этапах литейной технологии позволяет облегчить операцию вакуумного отжига отливок, а в ряде случаев и вовсе отказаться от нее. Кроме того, с целью повышения эффективности водородной технологии процесс введения водорода в металл следует совмещать с проведением основных операций изготовления титановых отливок.

Таким образом, элементами водородной технологии получения отливок из титановых сплавов являются:

  • 1) процесс формирования титановых отливок в среде водорода с целью предотвращения загрязнения металла вредными примесями внедрения кислорода, азота, углерода;
  • 2) процесс безотходного отделения элементов литниково-питающей системы от отливок и процесс измельчения отходов на куски под действием механической нагрузки с использованием метода локального водородного охрупчивания;
  • 3) процесс горячего изостатического прессования титановых отливок в режиме водородного пластифицирования литого металла;
  • 4) процессы безотходной очистки загрязненных отходов, механической обработки отливок резанием и переработки толстостенных некондиционных титановых отходов на основе использования метода регулируемого поверхностного наводороживания (охрупчивания) с целью снижения трудоемкости процессов, материальных и энергетических затрат, повышения стойкости режущего инструмента и улучшения санитарно-гигиенических условий труда;
  • 5) процесс переработки некондиционных литейных тонкостенных титановых отходов в порошок методом объемного гидрирования-дегидрирования с одновременным водородным рафинированием металла от примесей кислорода с целью рационального комплексного использования отходов в основном производстве;
  • 6) процессы компактирования отходов с использованием эффекта водородного пластифицирования металла с целью снижения материало-энергетических затрат при производстве шихтовых материалов.

  • [1] Глава написана А. М. Надежиным на основе совместно проведенных исследований с авторами настоящей книги.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы