ЛИГАТУРА ДЛЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
LIGATURE FOR TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана.
Введение в сплав легирующих компонентов, различающихся по плотности, температуре плавления и другим характеристикам, невозможно без применения промежуточного сплава - лигатуры, которая по физическим параметрам близка к титану и позволяет получать однородный бездефектный металл с заданными характеристиками.
В цветной металлургии известны лигатуры на основе ниобия, содержащие алюминий и другие элементы, входящие в состав сплавов на основе цветных металлов, в том числе и титана [1].
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемой является лигатура-прототип, которая содержит, мас.%: алюминий 8-15, ниобий - остальное [2].
3
3
Недостатком лигатуры-прототипа является ее высокая температура плавления 1920°С (температура плавления титана 1665°С) и плотность более 6,5 г/см (плотность титана 4,5 г/см) из-за высокого содержания тугоплавкого ниобия и низкого содержания алюминия.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение температуры плавления и плотности заявляемой лигатуры для обеспечения приближения ее физических характеристик к титану.
Для достижения технического результата в лигатуру-прототип, которая содержит алюминий и ниобий, дополнительно вводят углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ниобий
60,0-70,0,
алюминий
27,0-38,0,
углерод
1,0-3,0,
примеси
остальное.
В качестве примесей лигатура содержит, мас.%: железо ≤0,18, кремний ≤0,19, кислород ≤0,07.
3
Снижение содержания ниобия и повышение содержания алюминия по сравнению с лигатурой-прототипом позволяет снизить температуру плавления до 1630÷1720°С и плотность до 4,5÷5,2 г/см заявляемой лигатуры. Дополнительное введение в состав лигатуры углерода вызвано необходимостью микролегирования титановых сплавов.
Лигатуру получают методом внепечной алюмотермической плавки. Ниобий вводят в шихту в виде окисла, который в процессе плавки восстанавливается до металла. Алюминий и углерод вводят в шихту в виде порошков (углерод в виде графитового порошка). Необходимое количество тепла обеспечивается экзотермичностью химической реакции восстановления окиси ниобия алюминием. Для обеспечения жидкотекучести шлака, достижения равномерного хода реакции и увеличения выхода годного лигатуры в состав алюмотермической смеси вводится СаО.
Пример конкретного выполнения
Для получения предлагаемой лигатуры была приготовлена шихта трех составов, приведенных в таблице, из которых были получены алюмотермическим методом лигатуры с процентным содержанием компонентов на нижнем, промежуточном и верхнем пределах составов. Полученные лигатуры были подвергнуты испытаниям по определению температуры плавления и плотности.
Шихтовые составы смесей для получения предлагаемой лигатуры и результаты химического анализа и физических характеристик в сравнении с лигатурой-прототипом приведены в таблице.
№ п/п
Содержание компонентов в шихте, %
Содержание элементов в лигатуре, %
Свойства лигатуры
основные
примеси
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
Al
Графит
CaO
Nb
Al
C
Fe
Si
O
t° плавл., °C
плотн., г/см<sup>3</sup>
Пре-длагае-мая ли-га-ту-ра
52,7
40,2
1,2
5,9
60,0
38,0
1,6
0,16
0,19
0,05
1630
4,5
55,6
37,3
1,3
5,8
64,9
32,7
2,0
0,17
0,17
0,06
1668
4,8
58,3
34,4
1,7
5,6
70,0
27,0
2,6
0,18
0,15
0,07
1720
5,2
Лигатура-прототип
88,0
12,0
-
0,09
0,09
0,18
1920
6,5
3
Полученные результаты показали, что температура плавления предлагаемой лигатуры в зависимости от состава находится в пределах от 1630 до 1720°C и плотность - от 4,5 до 5,2 г/см, которые близки к титану, что обеспечивает хорошее ее растворение в процессе вакуумно-дуговой плавки титана. При подготовке шихты к выплавке титановых слитков лигатуры подвергают дроблению. В результате была выявлена лучшая дробимость предлагаемой лигатуры по сравнению с лигатурой-прототипом, что связано с введением в состав предлагаемой лигатуры углерода.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №436880, кл. C22C 27/00 1972.
2. Авторское свидетельство СССР №692886, кл. C22C 35/00 1978.