способ получения полуфабрикатов из отходов титановых сплавов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ОТХОДОВ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий измельчение исходных титановых сплавов, компактирование их в заготовки, термическое наводораживание, нагрев до температуры прессования, прессование полуфабриката и термическое обезводораживание, отличающийся тем, что измельчению подвергают отходы титановых сплавов, в измельченные отходы вводят порошок гидрида титана путем смешивания, после компактирования заготовки проводят упрочнение ее поверхности и затем формируют защитную герметичную оболочку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование оболочки проводят с последующей ее сушкой, причем сушку оболочки и термическое наводораживание проводят одновременно в едином непрерывном технологическом цикле, объеме и среде.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение отходов проводят в агрегате роторного типа.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что обезводораживание полуфабрикатов ведут с одновременным гидрированием татана на стадии охлаждения полуфабриката.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что упрочнение поверхности осуществляют ультразвуковой обработкой или концентрированным источником нагрева.

6. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что формирование защитной герметичной оболочки производят распылением покрытия из высокотемпературной эмали.

7. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что термическое наводораживание проводят при нагреве заготовки, покрытой защитной герметичной оболочкой, под прессование за счет разложения гидрида титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению полуфабрикатов из производственных отходов, полученных при обработке титановых сплавов, и может быть использовано для высокоэффективной и высокоэкологической утилизации титановой стружки, мелкой обрези и т.п. в различных отраслях машиностроения при изготовлении деталей и узлов из полуфабрикатов, полученных из отходов титановых сплавов.

Известен способ изготовления заготовок из титанового порошка, содержащий операции спекания и гидрогенизации спеченной заготовки при температуре 780-1020^оС до содержания водорода 0,5-1,5 мас. при температуре 650-750^оС [1]

К недостаткам указанного способа относятся следующие:

способ требует для своей реализации повышенных энергозатрат на нагревы при спекании, гидрогенизации и обезводораживание в вакууме; применимость способа ограничивается областью только порошковой металлургии, он не может быть использован для получения заготовок из сравнительно крупных частиц, например, измельченной стружки или обрези; низкая производительность и неэкономичность способа из-за применения вакуумного отжига для обезводораживания заготовок с концентрацией водорода 0,5-1,5 мас. так как требуются откачные средства в вакуумных печах в 10-30 раз большей производительности, чем в вакуумных печах общего назначения, рассчитанных на обезводораживание титановых изделий с содержанием водорода до 0,5 мас.

Наиболее близким к предложенному является способ [2] по которому предусматривается компактирование порошковой смеси, горячее прессование заготовки, наводораживающий отжиг при 780-1020^оС до содержания водорода 0,05-1,5 мас. и обезводораживающий отжиг в вакууме при 650-750^оС.

К недостаткам способа относятся следующие: ограниченность реализации метода только для порошковой металлургии и невозможность использования способа для отходов в виде стружки и обрези; большие затраты электроэнергии при спекании и, особенно, при выполнении вакуумного обезводораживающего отжига из-за большого количества единиц вакуумных насосов, необходимых для откачки газовых потоков при концентрациях водорода в полуфабрикатах 0,5-1,5 мас.

Целью изобретения является снижение трудоемкости, повышение производительности процесса при существенном сокращении энергозатрат не менее, чем в 10-30 раз.

Цель достигается способом получения полуфабрикатов из отходов титановых сплавов, включающим измельчение отходов, компактирование их в заготовки, термическое наводораживание, нагрев до температуры прессования, прессование полуфабриката и последующее термическое обезводораживание, при котором в процессе измельчения отходов в них вводят порошок гидрида титана, после компактирования заготовки проводят упрочнение ее поверхности, а затем наносят защитную герметичную оболочку, при этом сушку оболочки, термическое наводораживание заготовки, нагрев ее под прессование, прессование полуфабриката и термическое обезводораживание его ведут одновременно в едином непрерывном технологическом цикле, объеме и среде, измельчение отходов проводят в агрегате роторного типа, обезводораживание заготовки ведут с одновременным получением гидрида титана на стадии охлаждения полуфабриката, упрочнение поверхности заготовки осуществляют, например, ультразвуковой обработкой, концентрированным источником нагрева и т.п. нанесение защитной герметичной оболочки производят распылением покрытия из высокотемпературной эмали, термическое наводораживание осуществляют при нагреве в результате разложения гидрида титана внутри заготовки, покрытой защитной герметичной оболочкой.

На чертеже изображена схема осуществления предлагаемого способа.

В приемный бункер 1 роторной компактирующей машины-экструдера 2 подаются отходы титановых сплавов 3, предварительно очищенные от производственных загрязнений, в измельченные титановые отходы в средней части экструдера вводят порошок гидрида титана посредством гермобункера 4, где он совместно перемешивается с измельченными отходами, в экструдере 2 из него выходит компактированная заготовка 5 бесконечной длины, поверхность которой упрочняется например, посредством ультразвуковой установки 6, после чего заготовка 5 бесконечной длины разрезается на заготовки 7 заданной длины, после чего заготовка поступает в зону нанесения на нее защитной гермооболочки 8, где покрывается, например, высокотемпературной эмалью, далее заготовка 7, покрытая защитной гермооболочкой 8, поступает в зону 9 сушки защитной гермооболочки и перемещается в зону 10 нагрева под прессование, где одновременно с нагревом внутри заготовки 7, покрытой защитной гермооболочкой 8 происходит термическое наводораживание заготовки, при этом источником водорода в объеме заготовки 7 является водород, получающийся за счет разложения ранее введенного гидрида титана, затем по подающему устройству, например, наклонному гермолотку 11 заготовка подается на прессование в гермокамеру 12, где размещены матрица и пуансон пресса 13, выпрессованные полуфабрикаты 14, например, в виде длинномерных прутков, через гермозатвор 15 попадают в обезводораживающую печь 16, в которую загружается порошок титана 17 для гидрирования его в процессе обезводораживания полуфабрикатов 14, после загрузки в печь 16, закрывают гермозатвор 15 и гермозатвор 18 печи, печь откатывают на позицию обезводораживания и ускоренного охлаждения, в процессе ускоренного охлаждения включают циркуляционную систему 19, по завершении охлаждения печь разгружают, извлекая обезводороженные заготовки (полуфабрикаты 14) и порошок титана 17, прошедший гидрогенизацию, затем его засыпают в гермобункер 4 во время обезводораживания заготовок в печи 16, другую печь подстыковывают посредством гермозатворов 15, 18 и производят ее загрузку выпрессованными полуфабрикатами 14, предварительно заполнив печь 16 защитным газом, например аргоном.

Измельчение титановых отходов, компактирование их в заготовки, с одновременным внесением гидридного порошка, нанесение защитной гермооболочки, ее термическая сушка, нагрев под прессование, совмещенный с наводораживанием заготовки, прессование, обезводораживание, утилизацию водорода ведут одновременно в едином, непрерывном технологическом цикле, объеме и среде.

При сравнении технико-экономических показателей предлагаемого технического решения и способа-прототипа экспериментально установлено, что введение порошка гидрида титана в компактированную заготовку на стадии измельчения отходов титана исключает применение наводораживающей печи и использование газообразного водорода, обеспечивая высокую производительность процесса наводораживания при повышенной безопасности его реализации, так как технологическим объемом является не объем печи, а объем заготовки, покрытой защитной герметичной оболочкой; упрочнение поверхности заготовки повышает стойкость сохранения формы заготовки и предотвращает ее коробление, а также способствует увеличению надежности защитной герметичной оболочки на стадии прохождения заготовки по операциям; единый технологический цикл, объем и среда на всех стадиях осуществления способа от измельчения отходов до обезводораживающего отжига позволяют сократить расход защитного газа, например аргона, сохранить технологические свойства заготовки (чистоты), снизить металлоемкость установки за счет исключения транспортных операций на переходах из агрегата в агрегат; использование агрегата роторного типа, например экструдера, для измельчения отходов и компактирования существенно повышает производительность по сравнению с компактированием на прессах, повышает однородность заготовки при перемешивании, а кроме того измельченная и спрессованная стружка в зазоре между ротором и корпусом экструдера обеспечивает качество и чистоту заготовки от возможного окисления. Не требуется сопутствующего подогрева при компактировании заготовки, которое обеспечивается трением (примерно 300^оС); проведение обезводораживающего отжига полуфабрикатов с одновременным получением гидрида титана способствует безопасности осуществления способа за счет связывания водорода, утилизации выделяющегося водорода и последующего применения образующегося порошка гидрида титана в замкнутом цикле производства; упрочнение поверхности заготовки, например, ультразвуковой обработкой наиболее рациональный и экономичный метод сохранения формы заготовки; использование в качестве защитной герметичной оболочки напыляемого покрытия из высокотемпературной эмали, например ЭВТ-7, характеризуется простотой процесса нанесения и высокой эффективностью оболочки, способностью сохранять свои свойства при 1000^оС в течение до 10 ч. кроме того способствует прессованию при снижении трения на операции получения полуфабрикатов; разложение гидрида титана внутри заготовки, покрытой защитной герметичной оболочкой, при нагреве под прессование процесс экологически чистый, высокопроизводительный, безопасный.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению со способом-прототипом позволяет увеличить производительность процесса не менее, чем в 2,5-3 раза, сократить цикл получения полуфабрикатов в 2-3 раза, снизить расходы энергозатрат в 10-30 раз.