Особенности плавки и литья титановых сплавов

Высокая реакционная способность титана не позволяет проводить процесс плавления его в атмосфере воздуха, так как в расплавленном состоянии он активно взаимодействует с кислородом и азотам. Первоначально плавку титана и его сплавов вели в атмосфере аргона и гелия, позже появились вакуумные печи, которые в настоящее время являются основным типом плавильного оборудования. Для получения фасонных отливок из титана применяют вакуумные электродуговые гарнисажные плавильно-литейные установки, в которых совмещены процессы плавления металла, приготовления расплава, заливки литейных форм и формирования отливки (см. рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема вакуумно-дуговой печи с расходуемым электродом для плавки титановых сплавов:
1 — вакуумная камера, 2 — электрическим кабель, 3 —шланги водяного охлаждения.
4 — водоохлаждаемый тигель, 5 — гарнисаж, б — соленоид, 7 — расходуемый электрод, 8 — держатель, 9 — вращающийся стол, 10 — литейная форма

Расплавленный титан реагирует практически со всеми известными огнеупорными материалами (оксидами алюминия, магния, кремния и др.), что затрудняет выбор удовлетворительного материала для плавильных тиглей. В гарнисажной печи расплавленный титан находится в контакте со слоем твердого титана толщиной 5—50 мм, называемым гарнисажем и постоянно поддерживаемым на стенках и дне водоохлаждаемого тигля. При вакуумной гарнисажной плавке исключается взаимодействие расплава с атмосферой и материалом тигля, что повышает однородность металла и предупреждает появление в отливке тугоплавких включений. Вакуумная дуговая печь (рис. 8.4) с расходуемым электродом имеет вакуумную камеру 1, в которой расположен медный водоохлаждаемый тигель 4 со шлангами водяного охлаждения 3 и электрическим кабелем 2. Для фокусирования дуги и перемешивания ванны жидкого металла служит расположенный вокруг тигля соленоид 6. Футеровкой тигля служит гарнисаж 5. Расходуемый электрод 7, прикрепленный к держателю 8, изготовляют из сплава, подлежащего плавлению.

После расплавления расходуемого электрода печь поворачивают и производят заливку расплава во вращающуюся на столе 9 форму 10, Под действием центробежных сил расплав хорошо заполняет форму, отливка получается плотной, без газовых раковин. Прибыли устанавливают не на верхнюю, а на боковую часть питаемого узла, при этом металл под действием центробежных сил двигается от прибыли к отливке.

Литейные формы, изготовленные из обычно применяемых огнеупорных материалов, не могут быть применены для получения отливок из титана по отмеченным ранее причинам. Широко распространены графитовые формы. Их изготовляют из смесей, в состав которых входят в качестве основы графит, в качестве связующего — смолы, пеки. Смеси уплотняют на встряхивающих или прессовых машинах под давлением 0,2—0,8 МПа. Изготовленные формы после выдержки на воздухе от 8 ч до 3 сут подвергают сушке при температуре 120°С и обжигу в восстановительной атмосфере при 700—980 °С в течение 1—24 ч. При этой температуре связующее коксуется и из формы практически полностью удаляются все летучие вещества.

Применяются и оболочковые графитовые формы с фенолоформальдегидной смолой в качестве связующего. Мелкие сложные тонкостенные отливки из титановых сплавов получают в неразъемных формах, изготовленных по выплавляемым моделям. В состав суспензии входит высокодисперсный графитовый порошок и связующее на основе фенолоформальдегидных смол, в качестве обсыпочного материала — зернистый графит.

В настоящее время разрабатываются процессы изготовления форм на основе использования обычных огнеупорных материалов (Al₂O₃, MgO) с применением защитных углеродных, карбидных и металлических покрытий, повышающих инертность форм к расплавленному титану и его сплавам.

Контрольные вопросы
1.       Какие печи используют для плавки медных, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов?

2.       Как предохраняют сплавы цветных металлов от окисления в процессе плавки и литья?

3.       С какой целью проводят операцию рафинирования? Назовите способы рафинирования.

4.       Что такое модифицирование сплавов? Расскажите о модифицировании алюминиевых и магниевых сплавов.

5.       Расскажите об особенностях плавки и литья титановых сплавов.