RU2541251C2 - Production of long articles from titanium - Google Patents
Production of long articles from titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541251C2 RU2541251C2 RU2011148086/02A RU2011148086A RU2541251C2 RU 2541251 C2 RU2541251 C2 RU 2541251C2 RU 2011148086/02 A RU2011148086/02 A RU 2011148086/02A RU 2011148086 A RU2011148086 A RU 2011148086A RU 2541251 C2 RU2541251 C2 RU 2541251C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- diameter
- ingots
- ingot
- casting
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 80
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 37
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000365 skull melting Methods 0.000 claims description 24
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 16
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 83
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 206010039509 Scab Diseases 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002594 fluoroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
- B21C1/003—Drawing materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special drawing methods or sequences
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
- B21C23/08—Making wire, bars, tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/01—Extruding metal; Impact extrusion starting from material of particular form or shape, e.g. mechanically pre-treated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C43/00—Devices for cleaning metal products combined with or specially adapted for use with machines or apparatus provided for in this subclass
- B21C43/02—Devices for cleaning metal products combined with or specially adapted for use with machines or apparatus provided for in this subclass combined with or specially adapted for use in connection with drawing or winding machines or apparatus
- B21C43/04—Devices for de-scaling wire or like flexible work
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C9/00—Cooling, heating or lubricating drawing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/002—Castings of light metals
- B22D21/005—Castings of light metals with high melting point, e.g. Be 1280 degrees C, Ti 1725 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу производства удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий.The invention relates to a method for the production of elongated products from titanium, or a titanium alloy, or preforms of such products.
Термин "удлиненное изделие" здесь означает металлическую деталь, размеры поперечного сечения которой значительно меньше, или даже во много раз меньше ее длины.The term "elongated product" here means a metal part whose cross-sectional dimensions are much smaller, or even many times less than its length.
Удлиненные изделия включают металлические детали, производство которых обычно подразумевает по меньшей мере одну операцию волочения. Однако определение удлиненного изделия не ограничивается исключительно такими деталями.Elongated products include metal parts, the production of which usually involves at least one drawing operation. However, the definition of an elongated product is not limited solely to such details.
Под удлиненными изделиями чаще всего подразумевают металлические детали, получаемые в ходе операции волочения, и профильные детали, в том числе полые профили и трубы.Under elongated products, most often they mean metal parts obtained during the drawing operation, and profile parts, including hollow sections and pipes.
Термин "заготовка" должен здесь пониматься в достаточно широком смысле. Он означает удлиненное изделие, не конечное, а такое, общая форма которого преимущественно имеет общий вид конечного удлиненного изделия. Это означает, что заготовка удлиненного изделия является удлиненной металлической деталью.The term "procurement" should be understood here in a fairly broad sense. It means an elongated product, not a final product, but one whose general shape mainly has the general appearance of a final elongated product. This means that the preform of the elongated product is an elongated metal part.
Это не исключает ни последующего формования этой заготовки, например, посредством механической обработки, ни модификацию этой общей формы, например, посредством изгибания, фальцовки или любой другой пластической деформации.This does not exclude the subsequent molding of this preform, for example, by machining, or the modification of this general shape, for example, by bending, folding or any other plastic deformation.
Следует понимать, что "заготовка" удлиненного изделия является деталью удлиненной формы, которая может быть подвергнута разным видам обработки, такой как формование, механическая обработка или также обработка поверхности для получения конечного изделия.It should be understood that the "blank" of the elongated product is an elongated part that can be subjected to various types of processing, such as molding, machining or also surface treatment to obtain the final product.
Области применения удлиненных изделий из титана или титанового сплава многочисленны. В частности они включают авиационное и авиационно-космическое строительство.The applications for elongated titanium or titanium alloy products are numerous. In particular, they include aviation and aerospace construction.
Существуют определенные нормы, регулирующие металлургическое качество продукции. Требуемое качество зависит от предполагаемого применения.There are certain rules governing the metallurgical quality of products. The required quality depends on the intended application.
Например, для авиационного строительства требуется высокое качество по причине серьезных последствий, которые влечет за собой ненадлежащее качество изделия.For example, aviation construction requires high quality due to the serious consequences that result in inadequate product quality.
Соблюдение установленных стандартов качества не ограничивается областью авиации: на практике большинство областей применения требуют соблюдения минимального металлургического качества, чтобы определить, соответствуют ли они норме или нет. И получение изделия высокого качества не ограничивается авиационной и авиационно-космической областями.Compliance with established quality standards is not limited to the field of aviation: in practice, most applications require compliance with minimum metallurgical quality in order to determine whether they comply with the norm or not. And obtaining a high-quality product is not limited to the aviation and aerospace fields.
К требованиям относительно качества сегодня добавляются требования к стоимости и наличию, которые практически также важны. Иными словами уже не достаточно получить изделие, отвечающее требованиям качества, нужно также добиться его удовлетворительной стоимости и достаточного количества для удовлетворения рынка.Today's requirements for quality are supplemented by requirements for cost and availability, which are almost equally important. In other words, it is no longer enough to obtain a product that meets the quality requirements, it is also necessary to achieve a satisfactory price and sufficient quantity to satisfy the market.
Поэтому постоянно ищут наименее дорогостоящий способ производства, который позволит получить изделия по меньшей мере эквивалентного качества.Therefore, they are constantly looking for the least expensive method of production, which will allow to obtain products of at least equivalent quality.
Традиционные способы начинаются с подготовки массы титана, которая может содержать губчатый титан, титановую стружку, отходы титана (что иногда ошибочно определяют как "лом титана") и/или чаще всего вторичный титан.Conventional methods begin with preparing a mass of titanium, which may contain titanium sponge, titanium chips, titanium waste (which is sometimes mistakenly called “titanium scrap”) and / or most often secondary titanium.
Эту массу титана затем расплавляют и сплавляют в единый слиток значительного диаметра.This mass of titanium is then melted and fused into a single ingot of significant diameter.
В этих традиционных способах могут применяться различные технологии для осуществления плавки/литья массы титана.In these traditional methods, various techniques can be applied to effect the smelting / casting of a mass of titanium.
Плавка посредством бомбардировки электронами, также определяемая английским выражением "Electron beam furnance" ("электронно-лучевая печь"), применяется для плавки смеси губчатого титана и вторичного материала (отходов) в качестве первичного материала. Вторичные материалы являются менее дорогостоящими, чем губчатый титан, что подразумевает экономический интерес, который может быть получен посредством этого способа.Electron bombardment smelting, also defined by the English term "Electron beam furnance", is used to melt a mixture of sponge titanium and secondary material (waste) as a primary material. Recycled materials are less expensive than titanium sponge, which implies the economic interest that can be obtained by this method.
Плавка посредством плазменной горелки и плавка посредством бомбардировки электронами в холодном тигле являются более недавними технологиями, которые позволяют осуществлять более непрерывное литье и дают возможность плавить большее количество отходов титана. Эти технологии также являются более экономичными, чем плавка посредством традиционной бомбардировки электронами.Plasma melting and electron-bombardment melting in a cold crucible are more recent technologies that allow for more continuous casting and make it possible to melt more titanium waste. These technologies are also more economical than smelting through traditional electron bombardment.
При традиционных способах плавки, литье расплавленного материала является поэтапным и довольно медленным. Обычно расплавленный материал понемногу переливается в литейный тигель в силу переполнения плавильного котла, по мере того как материал плавится. Длительность и поэтапность литья, главным образом по причине ограничений технологии плавки, приводят к дефектам литья в слитке.With traditional smelting methods, casting molten material is stepwise and rather slow. Typically, the molten material is gradually poured into the casting crucible due to the overflow of the melting boiler as the material melts. Duration and phasing of castings, mainly due to limitations of smelting technology, lead to casting defects in the ingot.
Для того чтобы отвечать высоким требованиям к металлургическому качеству, например, ответственных деталей из области авиации, необходимо переплавлять слиток, полученный после первичной плавки/литья, и выливать заново. Последующие плавки в итоге улучшают металлургическое качество слитка.In order to meet the high requirements for metallurgical quality, for example, critical parts from the aviation field, it is necessary to re-melt the ingot obtained after primary melting / casting and pour it again. Subsequent melts ultimately improve the metallurgical quality of the ingot.
Традиционно плавка/литье осуществляется согласно технологии переплавки посредством вакуумной электрической дуги, также именуемой "VAR" (от английского "vacuum arc remelting" ("вакуум-дуговой переплав")). Слиток, полученный после первой плавки, представляет собой электрод, который должен быть постепенно расплавлен и одновременно отлит в слиток похожего диаметра непрерывным способом. На практике диаметр нового слитка в среднем на 10-20% превышает диаметр применяемого электрода, то есть первичного слитка.Traditionally, melting / casting is carried out according to the technology of remelting by means of a vacuum electric arc, also called "VAR" (from the English "vacuum arc remelting" ("vacuum-arc remelting")). The ingot obtained after the first melting is an electrode that must be gradually melted and simultaneously cast into an ingot of a similar diameter in a continuous manner. In practice, the diameter of a new ingot is on average 10-20% greater than the diameter of the electrode used, that is, the primary ingot.
Следует отметить, что определенные стандарты, такие как стандарт США AMS 4945, применяемый в области авиационного строительства, требуют применения переплавки "VAR".It should be noted that certain standards, such as US standard AMS 4945, used in the field of aircraft construction, require the use of remelting "VAR".
Эта "двойная плавка" оказывается дорогостоящей. Также у литейщиков обычно принято отливать слитки большого диаметра, примерно между 500 и 1000 мм, поскольку стоимость на единицу массы уменьшается с увеличением диаметра отлитого слитка. Иными словами, слитки большего диаметра являются менее дорогостоящими для данного объема используемого материала.This double smelting is expensive. It is also customary for casters to cast large-diameter ingots, approximately between 500 and 1000 mm, since the cost per unit mass decreases with increasing diameter of the cast ingot. In other words, larger diameter ingots are less expensive for a given volume of material used.
Чтобы избавиться от недостатков традиционных технологий (первичной) плавки, которыми главным образом являются медлительность и поэтапность плавки/литья, позднее была применена технология плавки посредством вакуумной электрической дуги способом гарнисажной плавки, также определяемой английским термином "skull melting" (в буквальном переводе с французского - "плавка на корке"). Посредством гарнисажной плавки достигают способа плавки, при котором тигель печи остывает таким образом, чтобы над ним образовался слой расплавленного материала, в данном случае титана, или дополнительный тигель, изолирующий остальной расплавленный материал от тигля печи.To get rid of the disadvantages of traditional (primary) melting technologies, which are mainly the slowness and phasing of the melting / casting, later the melting technology was applied by means of a vacuum electric arc using the skull melting method, also defined by the English term "skull melting" (literally translated from French - "melting on the crust"). By means of skull melting, a melting method is achieved in which the furnace crucible cools so that a layer of molten material, in this case titanium, or an additional crucible isolating the rest of the molten material from the crucible of the furnace is formed over it.
Часть массы титана, подлежащей плавке, помещают в тигель, тогда как другая часть этой массы выполняет функцию применяемого электрода. Вся масса титана плавится благодаря электрической дуге, образованной между электродом и тиглем, а затем подвергается термообработке в литейной ванне. Затем расплавленная масса отливается в одну или несколько литейных форм за один раз посредством наклона тигля.Part of the mass of titanium to be melted is placed in a crucible, while another part of this mass performs the function of the electrode used. The entire mass of titanium is melted due to the electric arc formed between the electrode and the crucible, and then subjected to heat treatment in a casting bath. The molten mass is then cast into one or more molds at a time by tilting the crucible.
Гарнисажная плавка позволяет быстро выливать за один раз, одной партией (наклоном) всю массу расплавленного материала. Это может позволить избежать дефектов литья, связанных с медлительностью и поэтапностью более старых технологий плавки.Skull melting allows you to quickly pour at a time, in one batch (tilt) the entire mass of molten material. This can avoid casting defects associated with the slowness and phasing of older smelting technologies.
Из экономических соображений обычно принято выливать один большой слиток.For economic reasons, it is usually customary to pour one large ingot.
Гарнисажная плавка в равной степени позволяет осуществлять плавку как заготовок из титана, так и вторичного материала.Skull melting equally allows melting of both titanium blanks and secondary material.
Дополнительное преимущество состоит в том, что пустая порода, которая образуется в контакте с тиглем, может быть легко, т.е. напрямую, использована повторно в качестве нового электрода.An additional advantage is that the gangue that forms in contact with the crucible can be easily, i.e. directly, reused as a new electrode.
Для большинства требуемых удлиненных изделий возможности современных станов не позволяет волочить непосредственно слитки, полученные после переплавки "VAR" или гарнисажной плавки по причине слишком большого диаметра слитка.For most of the elongated products required, the capabilities of modern mills do not allow dragging directly the ingots obtained after remelting "VAR" or skull melting due to the too large diameter of the ingot.
Одна или несколько операций по уменьшению диаметра посредством ковки необходимы для трансформирования слитка большого диаметра в один или несколько болванок подходящего диаметра для волочильного стана и для желаемого удлиненного изделия.One or more operations to reduce the diameter by forging is necessary to transform a large diameter ingot into one or more ingots of suitable diameter for the drawing mill and for the desired elongated product.
В качестве примера слиток, полученный посредством технологии "VAR" или гарнисажной плавки, может иметь диаметр около 600 миллиметров и может быть трансформирован посредством последующих операций ковки в болванки диаметром около 120 миллиметров, то есть уменьшение диаметра посредством ковки составляет порядка 25 раз (2500%).As an example, an ingot obtained by VAR technology or skull melting can have a diameter of about 600 millimeters and can be transformed by subsequent forging operations into blanks with a diameter of about 120 millimeters, that is, the reduction in diameter by forging is about 25 times (2500%) .
Следует отметить, что ковка определенно улучшает металлургическое качество болванок, таким образом, ее систематически применяют после плавки (VAR, гарнисажной плавки и др.).It should be noted that forging definitely improves the metallurgical quality of the ingots, thus, it is systematically used after melting (VAR, skull melting, etc.).
Дополнительные операции, например механическая обработка (для удаления тонкого поверхностного слоя кованой болванки или "обдирки") или конечная обработка, также при необходимости могут осуществляться перед волочением.Additional operations, such as machining (to remove a thin surface layer of a forged blank or “stripping”) or finishing, can also be performed before drawing, if necessary.
В итоге, обычная совокупность этапов производства удлиненных изделий высокого качества из титана или титанового сплава, начиная с массы титана, включает следующие операции, при которых:As a result, the usual set of stages for the production of elongated high-quality products from titanium or a titanium alloy, starting with the mass of titanium, includes the following operations, in which:
- плавят массу титана или титанового сплава и выливают единый слиток большого диаметра;- the mass of titanium or a titanium alloy is melted and a single ingot of large diameter is poured;
- переплавляют по технологии "VAR" этот единый слиток в единый слиток также большого диаметра; этот этап является практически обязательным, если предшествующая плавка не осуществлялась посредством гарнисажной плавки; эта переплавка может быть обязательной согласно авиационным стандартам.- remelted using the "VAR" technology, this single ingot into a single ingot of also large diameter; this stage is practically mandatory if the previous melting was not carried out by means of skull melting; this smelting may be required by aviation standards.
- из слитка большого диаметра готовят одну или несколько болванок для волочения, осуществляя одну или несколько операций ковки;- from the ingot of a large diameter, one or more blanks are drawn for drawing, performing one or more forging operations;
- осуществляют волочение болванок посредством волочильного стана для получения удлиненных изделий практически окончательной формы;- carry out the drawing of blanks by means of a drawing mill to obtain elongated products of almost final shape;
Затем могут быть выполнены одна или несколько операций поверхностной обработки и/или изменения общего вида удлиненного изделия для получения конечного удлиненного изделия.Then, one or more surface treatment and / or changes in the general appearance of the elongated product can be performed to obtain the final elongated product.
Эта совокупность этапов производства является не совсем удовлетворительной, в частности относительно стоимости, длительности производства удлиненного изделия, а также относительно доступности готовых изделий.This set of production steps is not entirely satisfactory, in particular with respect to the cost, duration of production of an elongated product, and also regarding the availability of finished products.
Заявители нашли способ улучшить ситуацию.The applicants have found a way to improve the situation.
Предлагаемый способ является способом изготовления удлиненных изделий из титана или титанового сплава, или заготовок таких изделий, включающий подготовку массы титана или титанового сплава, плавку этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки, выливание в один или несколько слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра примерно менее 300 мм из расплавленной массы, затем волочение одного или нескольких таких слитков при температуре между 800°С и 1200°С посредством волочильного стана.The proposed method is a method of manufacturing elongated products from titanium or a titanium alloy, or preforms of such products, including preparing a mass of titanium or a titanium alloy, melting this mass by means of an electric arc and method of skull melting, pouring into one or more ingots of predominantly cylindrical shape and a diameter of approximately less 300 mm from the molten mass, then drawing one or more of such ingots at a temperature between 800 ° C and 1200 ° C by means of a drawing mill.
Такой способ позволяет получать неповрежденные удлиненные изделия, т.е. практически лишенные всех дефектов литья, и по своей механической прочности, в частности измеряемой испытанием на разрыв, по меньшей мере эквивалентные изделиям, получаемым традиционными или известными на сегодняшний день способами. Например, этот способ позволяет получать удлиненные изделия, сопоставимые по качеству с изделиями, соответствующими действующим сегодня авиационным стандартам, по меньшей мере касательно механической прочности, например, стандартам США AMS 4935 или AMS 4945.This method allows to obtain intact elongated products, i.e. practically devoid of all casting defects, and in their mechanical strength, in particular as measured by a tensile test, at least equivalent to products obtained by traditional or currently known methods. For example, this method allows you to get elongated products that are comparable in quality to products that meet current aviation standards, at least with regard to mechanical strength, for example, US standards AMS 4935 or AMS 4945.
Кроме того, этот способ предлагает потенциально меньшую стоимость производства изделия по сравнению с традиционными или известными на сегодняшний день способами, а также сокращенную длительность производства, частично в связи с отсутствием каких-либо операций ковки, и в целом значительное уменьшение диаметра слитков, выливаемых перед операцией волочения, что позволяет осуществлять одновременное литье нескольких слитков.In addition, this method offers a potentially lower cost of production of the product compared to traditional or currently known methods, as well as a shortened production time, partly due to the absence of any forging operations, and, in general, a significant reduction in the diameter of the ingots cast before the operation drawing, which allows for the simultaneous casting of several ingots.
Предложенный способ повышает доступность получаемых удлиненных изделий, в частности, благодаря упрощению совокупности этапов производства и возможности использования в приготавливаемой массе титана или титановом сплаве большой доли вторичного материала.The proposed method increases the availability of the obtained elongated products, in particular, due to the simplification of the set of stages of production and the possibility of using a large proportion of the secondary material in the prepared mass of titanium or titanium alloy.
Другие отличия и преимущества изобретения выявляются при изучении приведенного ниже подробного описания и прилагаемых графических материалов, на которых:Other differences and advantages of the invention are revealed when studying the following detailed description and the attached graphic materials, on which:
- На Фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая способ согласно изобретению,- Figure 1 shows a block diagram illustrating the method according to the invention,
- На Фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления способа по Фиг.1,- FIG. 2 is a flowchart illustrating one embodiment of the method of FIG. 1,
- На Фиг.3 показана блок-схема, иллюстрирующая дополнительный способ, который может быть осуществлен в дополнение к способам по Фиг.1 и 2.- FIG. 3 is a flowchart illustrating an additional method that can be implemented in addition to the methods of FIGS. 1 and 2.
Прилагаемые графические материалы могут не только служить дополнением к изобретению, но также, при необходимости, вносить вклад в его определение.The attached graphic materials can not only complement the invention, but also, if necessary, contribute to its definition.
На Фиг. 1 показан способ изготовления удлиненных изделий из титана или титанового сплава, или заготовок изделий этого типа.In FIG. 1 shows a method for manufacturing elongated articles from titanium or a titanium alloy, or blanks of articles of this type.
Способ по Фиг. 1 включает операцию подготовки 10 массы титана или титанового сплава, операцию плавки 20 этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки, операцию литья 30 из расплавленной массы одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее примерно 300 мм, затем операцию волочения 40 одного или нескольких слитков при температуре между 800°С и 1200°С посредством волочильного стана. Опционно, полученное на этом этапе волочения удлиненное изделие может быть подвергнуто одному или нескольким этапам конечной или промежуточной обработки 50.The method of FIG. 1 includes a step of preparing 10 masses of titanium or a titanium alloy, a
Способ по Фиг.1 начинается с операции подготовки массы титана или титанового сплава 10. Химический состав этой массы соответствует желаемому сорту удлиненного изделия. Например, химический состав этой массы может быть предназначен для получения сплава TA6V4, или эквивалентного, такого, как указан в стандарте США AMS 4935, или же TA3V2.5, или эквивалентного, такого, как указан в стандарте США AMS 4945.The method of FIG. 1 begins with the operation of preparing a mass of titanium or
Эти сплавы в частности используются в области авиации, в которой строгие стандарты требуют высокого металлургического качества изделий. Их применение никоим образом не ограничивается этой отраслью. И осуществление способа по Фиг.1 также не ограничивается конкретно этими сплавами, а наоборот, распространяется на множество различных соединений титана, согласно именно предусмотренному применению, например Т40, Т60 или другие.These alloys are particularly used in the field of aviation, in which strict standards require high metallurgical quality of products. Their use is in no way limited to this industry. And the implementation of the method of FIG. 1 is also not limited specifically to these alloys, but rather extends to many different titanium compounds according to the intended use, for example T40, T60 or others.
Эта масса может включать губчатый титан, отходы титана или титановый сплав, называемые на английском "scrap" ("лом"), стружку титана или титанового сплава, всю или часть корки, оболочку или пустую породу, образующуюся в результате гарнисажной плавки, или чаще всего вторичный титан в любом виде. Состав вторичного материала контролируется относительно его качества и химического состава.This mass may include sponge titanium, titanium waste or titanium alloy, referred to in English as “scrap”, scrap of titanium or titanium alloy, all or part of the crust, shell or gangue resulting from skull melting, or most often secondary titanium in any form. The composition of the secondary material is controlled with respect to its quality and chemical composition.
Вторичные элементы могут происходить от изначально закладываемого сырья, обработанных вторичных материалов, предназначенных для производства титана посредством переплавки, механической обработки остатков деталей из титана или титановых сплавов и др.Secondary elements can come from the raw materials being laid, processed secondary materials intended for the production of titanium by smelting, machining of residual parts from titanium or titanium alloys, etc.
Эти вторичные материалы могут иметь различный химический состав, например, согласно желаемому сорту удлиненного изделия, но не обязательно. Эти материалы могут соответствовать вышеуказанным сплавам.These secondary materials may have a different chemical composition, for example, according to the desired grade of elongated product, but not necessarily. These materials may correspond to the above alloys.
Доступность и стоимость вторичных элементов зависит от их массы, то есть стоимость килограмма материала меньше, чем стоимость килограмма губчатого титана, таким образом, его использование имеет большее преимущество.The availability and cost of secondary elements depends on their mass, that is, the cost of a kilogram of material is less than the cost of a kilogram of sponge titanium, so its use has a greater advantage.
Масса титана или титанового сплава на этапе подготовки 10 может также включать элементы легирования и/или сплава в пропорциях, которые зависят от последующей стадии способа, от предусмотренного использования, и/или желаемого сорта удлиненного изделия.The mass of titanium or titanium alloy in the
Согласно способу по Фиг.1 далее следует операция плавки посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки 20 массы титана или титанового сплава, подготовленной в ходе операции 10.According to the method of FIG. 1, a melting operation follows by means of an electric arc and a
Таким образом, плавка осуществляется в виде гарнисажной плавки.Thus, the melting is carried out in the form of skull melting.
Гарнисажная плавка осуществляется посредством печи, содержащей вакуумный резервуар и выполненный соответствующим образом тигель, помещенный внутрь резервуара.Skull melting is carried out by means of a furnace containing a vacuum tank and a correspondingly made crucible placed inside the tank.
Устанавливают расходуемый электрод внутрь резервуара, в то время как загружают титан в тигель. Генерируют большую разность потенциалов между электродом и тиглем. Когда эта разность потенциалов достигает определенного порога, образуется электрическая дуга с высоким уровнем энергии между нижним концом электрода и находящимся в тигле титаном.The consumable electrode is installed inside the tank, while titanium is loaded into the crucible. A large potential difference between the electrode and the crucible is generated. When this potential difference reaches a certain threshold, an electric arc is formed with a high energy level between the lower end of the electrode and the titanium in the crucible.
На практике электрод может быть установлен на вертикальную часть, проходящую сверху вниз в резервуар.In practice, the electrode can be mounted on a vertical part extending from top to bottom in the tank.
Когда электрод полностью расплавляется, расплавленная масса титана, находящаяся в тигле, может быть вылита за один раз, в одну или несколько литейных форм выбираемого типа, в данном случае с круглым поперечным сечением и диаметром менее 300 мм, помещаемых внутрь резервуара. Таким образом, литье осуществляется очень быстро: оно может, например, осуществляться посредством наклона тигля. Гарнисажная плавка также является технологией плавки/литья отдельными партиями.When the electrode is completely melted, the molten mass of titanium in the crucible can be poured at one time into one or more molds of the selected type, in this case with a circular cross-section and a diameter of less than 300 mm, placed inside the tank. Thus, casting is carried out very quickly: it can, for example, be carried out by tilting the crucible. Skull melting is also a batch melting / casting technology.
Во время такой плавки/литья, часть расплавленной массы титана отвердевает на границе с тиглем и образует пустую породу титана, защищающую титан при плавке от любого загрязнения от других элементов, присутствующих в тигле или от самого тигля. Иными словами, эта пустая порода образует дополнительный тигель, расположенный в тигле, который предусмотрен в печи (гарнисажная плавка). После остывания эта пустая порода может быть использована как расходуемый электрод для новой плавки, что представляет экономический интерес. Тигель печи может быть устроен таким образом, что пустая порода имеет форму, приспособленную к ее дальнейшей функции расходуемого электрода.During such melting / casting, part of the molten mass of titanium solidifies at the border with the crucible and forms a titanium waste rock that protects the titanium during melting from any contamination from other elements present in the crucible or from the crucible itself. In other words, this waste rock forms an additional crucible located in the crucible, which is provided in the furnace (skull melting). After cooling, this waste rock can be used as a consumable electrode for new smelting, which is of economic interest. The furnace crucible can be arranged in such a way that the waste rock has a shape adapted to its further function as a consumable electrode.
Подготовленная масса титана на этапе 10 включает преимущественно пустую породу или корочку, образующуюся в результате плавки и литья посредством способа гарнисажной плавки исходной массы титана.The prepared mass of titanium in
Также, преимущественно, подготовленная к операции 10 масса титана содержит значительную долю вторичного титана.Also, mainly, prepared for
Предпочтительно, масса титана для операции 10 включает всего одну или несколько корок из вторичного материала и необходимых элементов сплавов или легирования в соответствующей пропорции.Preferably, the titanium mass for
Иными словами, операция подготовки массы титана или титанового сплава 10 в данном случае заключается главным образом в получении смеси титана или титанового сплава, в котором большая часть или вся масса состоит из вторичных материалов. Еще может быть необходимо только добавление легирующих элементов.In other words, the operation of preparing the mass of titanium or
Способ по Фиг.1, таким образом, имеет преимущество, заключающееся главным образом в том, что способ позволяет получать изделия высокого качества, за меньшую стоимость, чем при традиционных способах, благодаря использованию практически исключительно вторичных материалов с применением плавки посредством электрической дуги или гарнисажной плавки.The method of FIG. 1, therefore, has the advantage, mainly, that the method allows to obtain high-quality products at a lower cost than with traditional methods, due to the use of almost exclusively secondary materials using melting by means of an electric arc or skull melting .
Температура, используемая для этой операции плавки, называемая температурой переохлаждения, может зависеть от состава массы при операции подготовки 10. Температура переохлаждения выше 1600°С позволяет плавить эту массу в большинстве возможных составов.The temperature used for this smelting operation, called the subcooling temperature, may depend on the composition of the mass during the
Согласно способу по Фиг.1 затем следует операция литья слитков с преимущественно круглым поперечным сечением и диаметром примерно менее 300 мм. Предпочтительно диаметр этих слитков должен быть менее 250 мм. Литье осуществляется с использованием всей расплавленной массы, за один раз (одной "партией") и быстро, например, посредством наклона тигля, содержащего расплавленную массу титана.According to the method of FIG. 1, an operation is followed for casting ingots with a predominantly round cross section and a diameter of about less than 300 mm. Preferably, the diameter of these ingots should be less than 250 mm. Casting is carried out using the entire molten mass at a time (in one “batch”) and quickly, for example, by tilting the crucible containing the molten mass of titanium.
Не существует нижнего предела диаметра выливаемых в ходе операции 30 слитков. Однако из экономических соображений может быть предпочтительно выливать слитки диаметром более 100 мм.There is no lower limit on the diameter of the 30 ingots cast during the operation. However, for economic reasons, it may be preferable to pour ingots with a diameter of more than 100 mm.
Теоретически не существует ограничений относительно длины выливаемых на этапе 30 слитков.Theoretically, there are no restrictions on the length of the ingots poured in
На практике выливают слитки, длина которых соотносится с длиной слитков для волочения в ходе операции 40. Например, длина выливаемого в ходе операции 30 слитка может быть выбрана кратной длине слитка для волочения в ходе операции 40, чтобы избежать потери материала. Чаще всего длина выливаемого в ходе операции 30 слитка может быть также выбрана равной сумме длин слитков для волочения в ходе операции волочения 40.In practice, ingots whose length is related to the length of the ingots for drawing during
Предпочтительно, в ходе операции литья 30 выливают столько цилиндрических слитков, сколько позволяет расплавленная в ходе операции 30 масса титана. Таким образом, в полной мере получают пользу оттого, что гарнисажная плавка позволяет осуществлять литье партией. Масса титана или титановый сплав, вылитый в ходе операции 20, и, следовательно, масса титана или титановый сплав, подготовленный в ходе операции 10, могут быть выбраны в количестве, исходя из количества слитков, волочение которых нужно осуществить, и, следовательно, предварительно вылить, а также исходя из их размеров.Preferably, during the
Диаметр каждого из вылитых в ходе операции 30 слитков составляет менее 300 мм. Каждый из этих слитков может затем быть подвергнут волочению в ходе операции 40 без существенного уменьшения его диаметра перед операцией волочения.The diameter of each of the 30 ingots cast during the operation is less than 300 mm. Each of these ingots can then be drawn during
Тем не менее, между литьем при операции 30 и волочением при операции 40 может осуществляться операция обдирки. Не смотря на то, что в ходе операции обдирки непременно происходит уменьшение диаметра, это уменьшение настолько мало (порядка нескольких десятых долей миллиметров), что его нельзя рассматривать как значительное уменьшение диаметра слитка. Кроме того, обдирка нацелена на удаление поверхностного слоя вылитых слитков, и, таким образом, ее нельзя считать операцией по уменьшению диаметра, целью которой является значительное уменьшение диаметра слитка.However, between casting during
Цилиндрические слитки, вылитые в ходе операции 30, могут иметь аналогичные размеры как в длину, так и в диаметре. Эти слитки также могут иметь различную длину и/или диаметр, например, для изготовления различных удлиненных изделий. Диаметр и длина каждого из вылитых в ходе операции 30 слитков может выбираться в зависимости от диаметра и длины одного или нескольких слитков, предназначенных для волочения в ходе операции 40. Можно установить длину и диаметр слитка для волочения в зависимости от удлиненного изделия, которое требуется получить в результате операции волочения 40. Иными словами, способ по Фиг.1 позволяет получать в результате операции литья 30 слиток, размеры которого адаптированы к волочению, и размеры которого могут быть рассчитаны в зависимости от размеров требуемого удлиненного изделия.Cylindrical ingots poured during
На этот счет, способ по Фиг.1 отличается от традиционных способов, предусматривающих литье единого слитка, в частности, чтобы снизить стоимость на единицу массы выливаемого слитка, и операции ковки для уменьшения диаметра слитка. Иными словами, диаметр вылитого слитка при традиционных способах ограничивается (порядка 400-600 мм), тогда как в данном случае диаметр может выбираться.In this regard, the method of FIG. 1 differs from traditional methods involving casting a single ingot, in particular, to reduce the cost per unit mass of the ingot being poured, and forging operations to reduce the diameter of the ingot. In other words, the diameter of the cast ingot in the traditional methods is limited (about 400-600 mm), while in this case the diameter can be selected.
Следует отметить, что, для ограниченных размеров удлиненного изделия на практике существует диапазон возможных диаметров и длин слитка для волочения 40. Когда удлиненные изделия различных размеров должны быть получены посредством способа по Фиг.1, может быть лучше, при возможности, выбрать соответствующий размер диаметра слитка для волочения, который мог бы быть адаптирован к совокупности таких изделий: таким образом, можно вылить один слиток, который может быть разрезан для получения слитков, адаптированных к волочению различных удлиненных изделий. Таким образом, оптимизируется управление наличием слитков для волочения.It should be noted that, for the limited dimensions of the elongated product, in practice there is a range of possible diameters and lengths of the ingot for drawing 40. When elongated products of various sizes are to be obtained by the method of FIG. 1, it may be better, if possible, to choose the appropriate size of the diameter of the ingot for drawing, which could be adapted to the totality of such products: thus, one ingot can be poured, which can be cut to obtain ingots adapted to the drawing of various lengths GOVERNMENTAL products. Thus, the management of the presence of ingots for drawing is optimized.
Также следует отметить, что способ по Фиг. 1 позволяет с одинаковой легкостью и при подобной стоимости (помимо стоимости первичного материала) получать изделия большего и меньшего диаметра. При классическом способе, который требует операций ковки для уменьшения диаметра, наоборот, более сложно и дорого изготавливать изделия с маленьким диаметром, которые требуют дополнительных затрат на уменьшение диаметра, что чаще всего выполняется посредством ковки.It should also be noted that the method of FIG. 1 allows with equal ease and at a similar cost (in addition to the cost of the primary material) to obtain products of larger and smaller diameters. In the classical method, which requires forging operations to reduce the diameter, on the contrary, it is more difficult and expensive to produce products with a small diameter, which require additional costs for reducing the diameter, which is most often done by forging.
Применяемые в настоящее время станы не позволяют осуществлять волочение слитков с длиной более 1500 миллиметров. Иными словами, вылитые на этапе 30 слитки имеют длину менее 1500 миллиметров, но могут быть более длинными в случае, если появятся станы с большими возможностями.Currently used mills do not allow drawing of ingots with a length of more than 1500 millimeters. In other words, the ingots cast in
Способ по Фиг.1 завершается операцией горячего волочения 40 цилиндрических слитков под волочильным станом для получения удлиненного изделия или заготовки этого изделия. Операция волочения 40 может быть адаптирована для получения сплошного или полого изделия.The method of FIG. 1 ends with a hot drawing operation of 40 cylindrical ingots under the drawing mill to obtain an elongated product or blank of this product. The
Температура волочения превышает температуру так называемого "бета трансуса", которая зависит от состава слитка.The drawing temperature exceeds the temperature of the so-called "beta transus", which depends on the composition of the ingot.
Операция волочения 40 выполняется горячим способом при температуре, обычно составляющей 800°С-1200°С. Предпочтительно, волочение выполняется при температуре выше 900°С для обеспечения хорошей пластичности материала, и ниже 1150°С во избежание излишнего расхода энергии, все еще получая адаптированную металлографическую структуру.The
Волочение осуществляется посредством традиционного волочильного стана, снабженного волокой и пуансоном. Если нужно изготовить полое удлиненное изделие, применяется еще и стержень, также именуемый "иглой" (в этом случае в слитке для волочения должно быть предварительно выполнено отверстие).Drawing is carried out by means of a traditional drawing mill equipped with a drawing and a punch. If it is necessary to make a hollow elongated product, a rod, also called a “needle”, is also used (in this case, a hole must be made in the ingot for drawing beforehand).
Волочение осуществляется горячим способом в присутствии смазочного компонента. Этот смазочный компонент обычно содержит стекло, т.е. обычный смазочный компонент для традиционных операций волочения горячим способом при температуре выше 900°С.Drawing is carried out hot in the presence of a lubricating component. This lubricating component typically contains glass, i.e. conventional lubricant component for traditional hot drawing operations at temperatures above 900 ° C.
Способ по Фиг.1 не требует уменьшения диаметра слитка, вылитого в ходе операции 30 перед операцией волочения 40.The method of FIG. 1 does not require a reduction in the diameter of the ingot cast during
Тем не менее, следует понимать, что это не исключает то, что одна или несколько определенных операций, таких как обдирка, различные виды поверхностной обработки или резка, могут выполняться с вылитым на этапе 30 слитком для подготовки слитка для волочения к этапу 40.However, it should be understood that this does not exclude the possibility that one or more specific operations, such as grinding, various types of surface treatment or cutting, can be performed with the ingot poured in
Металлургическое качество удлиненного изделия, получаемого в ходе операции волочения 40, удивительно сопоставимо с металлургическим качеством изделий, полученных традиционным способом, по меньшей мере касательно механической прочности, в частности измеряемой испытанием на растяжение холодным способом.The metallurgical quality of the elongated product obtained during the
Это сопоставимое качество, получаемое при отсутствии операции ковки, предшествующей операции волочения 40, во многом объясняется тем, что волочение оказывает благотворное и достаточное влияние на металлографическую структуру слитков малого диаметра, которые были вылиты.This comparable quality, obtained in the absence of the forging operation preceding the
Отсутствие какой-либо операции по уменьшению диаметра слитка, получаемого в ходе операции литья 30, в частности, отсутствие ковки, предшествующей операции волочения 40, также способствует снижению стоимости удлиненного изделия. Отсутствие этой операции, соответственно, сокращает и длительность изготовления такого изделия.The absence of any operation to reduce the diameter of the ingot obtained during the
Отсутствие операции ковки, или какой-либо другой операции по формованию слитка перед операцией волочения; и качество удлиненного изделия, получаемого в результате волочения, таково, что, несмотря на довольно небольшой диаметр слитков, вылитых в ходе операции 30, способ по Фиг.1 является более экономичным в отношении конечной стоимости удлиненного изделия, чем способы, известные из уровня техники. Длительность изготовления и доступность также улучшены по сравнению с известными из уровня техники.The absence of a forging operation, or any other operation for forming an ingot before a drawing operation; and the quality of the elongated product resulting from the drawing is such that, despite the rather small diameter of the ingots cast during
Вся совокупность вылитых в ходе операции 30 слитков или только некоторые из них могут быть подвергнуты волочению параллельно на нескольких различных станах, при необходимости после резки, что особенно увеличивает продуктивность способа. В той же мере снижается стоимость вытянутого изделия.The whole set of 30 ingots poured during the operation or only some of them can be drawn in parallel on several different mills, if necessary after cutting, which especially increases the productivity of the method. The cost of an elongated product is reduced to the same extent.
В отличие от традиционных способов, слиток, вылитый в ходе операции 30, не переплавляется согласно способу по Фиг. 1. Тем не менее, качество удлиненного изделия, получаемого в результате операции волочения 40, является целиком достаточным, что касается отсутствия дефектов литья и механической прочности, по сравнению с изделиями, полученными после переплавки "VAR", и без операции ковки, известной тем, что она улучшает качество.Unlike traditional methods, the ingot cast during
Хотя переплавка в вакууме, такая как переплавка "VAR", регулируется определенными стандартами для удлиненных изделий высокого качества (или высокой прочности), заявитель определил, что изделия, получаемые способом по Фиг.1, также подходят для применений, предусмотренных этими стандартами, несмотря на отсутствие такой переплавки.Although vacuum melting, such as "VAR" melting, is regulated by certain standards for elongated products of high quality (or high strength), the applicant has determined that the products obtained by the method of Figure 1 are also suitable for the applications provided by these standards, despite the absence of such a remelting.
На Фиг.2 показан вариант осуществления способа по Фиг.1.Figure 2 shows an embodiment of the method of Figure 1.
Операция литья слитков 30 в данном случае включает операцию литья первых слитков диаметром менее 300 миллиметров 300, затем операцию "переплавки VAR" 302 этих первых слитков. Иными словами, каждый из первых слитков, полученный после плавки/литья способом "гарнисажной плавки", или по меньшей мере некоторые из них, отдельно подвергаются плавке "VAR". Эти первые слитки служат расходуемыми электродами для такой плавки.The casting operation of the
Операция литья слитков 30 затем включает операции литья слитков для волочения из второй массы расплавленного материала, т.е. слитков цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм.The
При переплавке "VAR", литье выполняется поэтапно, по мере того как расходуемый электрод расплавляется. Диаметр полученного слитка или второго слитка обычно больше примерно на 10-20%, чем диаметр электрода. Следовательно, диаметр вылитых в ходе операции 300 слитков должен получаться с учетом этого увеличения, в частности потому, что слитки для волочения при операции 40, как правило, имеют диаметр менее 300 мм без всякой необходимости осуществлять операцию по уменьшению диаметра.When remelting "VAR", casting is performed in stages, as the consumable electrode is melted. The diameter of the resulting ingot or second ingot is usually about 10-20% larger than the diameter of the electrode. Consequently, the diameter of 300 ingots cast during the operation should be obtained taking into account this increase, in particular because the ingots for drawing during
На Фиг.3 показан способ конечной обработки 50 или промежуточной обработки, которой могут подвергаться удлиненные изделия, полученные в соответствии с одним из способов, показанных на Фиг.1 и 2.Figure 3 shows a method of
Удлиненное изделие, получаемое в ходе операции волочения 40, может подвергаться одной или нескольким следующим операциям:An elongated product obtained during a
- одна или несколько термических обработок (в печи) и одна или несколько химических (например, очистка) или физических обработок поверхности 51;- one or more heat treatments (in the oven) and one or more chemical treatments (eg, cleaning) or
- операции выпрямления и раскручивания 52, предназначенные для выпрямления удлиненных изделий, в отношении их поперечного сечения и общего вида;- operations of straightening and untwisting 52, designed to straighten elongated products, in relation to their cross section and General view;
- операция термической обработки 53;-
- операция по приданию нужной длины 54 посредством распила или резки,- the operation of giving the desired
- операция пескоструйной обработки 55, также называемая обдувкой песком;- sandblasting
- операция по формованию 56,-
- операция контроля 57 посредством одной или нескольких известных технологий контроля без разрушения изделия, таких как ультразвук, рентгеноскопия, вихревые токи и др.,-
- механическая обработка.- mechanical restoration.
Эти операции представлены исключительно в иллюстративном порядке и в равной степени могут быть выполнены в ином порядке.These operations are presented solely in illustrative order and can equally be performed in a different order.
Предложенный способ позволяет получать удлиненные изделия удовлетворительного качества, относительно действующих стандартов, без операций ковки, который делает опционной традиционную операцию переплавки "VAR" и дает значительную возможность использовать вторичный материал.The proposed method allows to obtain elongated products of satisfactory quality, relative to current standards, without forging operations, which makes the traditional VAR remelting operation optional and gives a significant opportunity to use recycled material.
Предложенный способ упраздняет операцию ковки. В итоге заявители доказали, против всякого ожидания и против широко распространенных в технике идей, что сопоставимые или по меньшей мере достаточные механические свойства удлиненных изделий могут быть получены посредством только волочения, делая излишним благотворное действие операции ковки.The proposed method eliminates the forging operation. As a result, the applicants proved, against any expectation and against ideas widespread in the art, that comparable or at least sufficient mechanical properties of elongated products can only be obtained by drawing, making the beneficial effect of the forging operation unnecessary.
Представленный способ имеет более низкую стоимость производства, сокращенную длительность производства и большую доступность изделий.The presented method has a lower cost of production, reduced production time and greater availability of products.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше способами, приведенными исключительно в качестве примеров. В частности:The present invention is not limited to the methods described above, given solely as examples. In particular:
- Операция плавки 20 и литья 30 описана как выполнение гарнисажной плавки. Эта техника плавки позволяет осуществлять плавку/литье партиями, в отличие от поэтапных способов плавки/литья. На сегодняшний день только эта технология позволяет осуществлять такой способ литья. Тем не менее, способы по Фиг.1 и 2 могут быть выполнены по иной технологии плавки, лишь бы она имела характеристики, аналогичные гарнисажной плавке, то есть способы позволяют изготавливать слитки, пригодные для волочения, с диаметром менее 300 мм, с разумной стоимостью, предпочтительно с использованием большого количества вторичного материала и с литьем партией.- The operation of melting 20 and casting 30 is described as performing skull melting. This melting technique allows melting / casting in batches, in contrast to stepwise melting / casting methods. To date, only this technology allows for such a casting method. However, the methods of FIGS. 1 and 2 can be performed using a different melting technology, if only it has characteristics similar to skull melting, that is, the methods allow the manufacture of ingots suitable for drawing, with a diameter of less than 300 mm, with a reasonable cost, preferably using a large amount of recycled material and batch casting.
- Переплавка на этапах 302 и 304 может осуществляться различными способами плавки, лишь бы они улучшали металлографическое качество полученных слитков и позволяли, с приемлемой стоимостью, получать слитки адаптированного для операции волочения 40 размера, т.е. с диаметром менее 300 мм.- Smelting at
По завершению операции волочения 40 или, при необходимости, операции конечной обработки 50, полученное удлиненное изделие может подвергаться одной или нескольким операциям по формованию, в частности ковке, в том числе предназначенным для дальнейшего уменьшения его поперечного сечения.Upon completion of the
- Можно рассматривать в более широком плане волочение слитков диаметром менее 300 мм непосредственно после того, как они прошли переплавку "VAR", без уменьшения диаметра посредством предварительной ковки, притом, что первая плавка/литье было выполнено согласно любому способу, который бы позволял выливать слитки адаптированного диаметра по разумной цене.- It is possible to consider more broadly the drawing of ingots with a diameter of less than 300 mm immediately after they have passed the VAR remelting, without reducing the diameter by preliminary forging, despite the fact that the first melting / casting was performed according to any method that would allow the ingots to be poured adapted diameter at a reasonable price.
- Полученные удлиненные изделия могут подвергаться последующему формованию, например, изгибанию.- Received elongated products can be subjected to subsequent molding, for example, bending.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на область авиации, в частности касательно действующих в этой области стандартов. Это объясняется тем, что данная отрасль является обширной областью применения удлиненных изделий из титана и требует высокого качества этих изделий. Это нисколько не ограничивает применение описанного способа этой конкретной производственной отраслью. Впрочем, другие отрасли, в которых используются удлиненные изделия из титана или титанового сплава и требуются изделия высокого качества, могут обратиться к стандартам, установленным для отрасли авиации, при этом не являясь частью данной отрасли. Настоящее изобретение применяется также и в таких отраслях. В целом, изобретение направлено на применение во всех, помимо авиации, отраслях, в которых требуются удлиненные изделия высокого качества из титана в сфере, не связанной с авиацией. На этот счет способ согласно изобретению предлагает такую гибкость и такое сокращение стоимости, что можно внедрять удлиненные изделия из титана в областях, не связанных с авиацией и/или для широкого применения.The present invention has been described with reference to the field of aviation, in particular with regard to the standards applicable in this field. This is due to the fact that this industry is an extensive field of application for elongated titanium products and requires high quality of these products. This does not in any way limit the application of the described method to this particular manufacturing industry. However, other industries that use elongated titanium or titanium alloy products and require high-quality products may refer to the standards set for the aviation industry, while not being part of this industry. The present invention also applies in such industries. In general, the invention is intended for use in all sectors, except aviation, which require elongated high-quality titanium products in a non-aviation field. In this regard, the method according to the invention offers such flexibility and such a reduction in cost that elongated titanium products can be introduced in areas not related to aviation and / or for widespread use.
Строго говоря, удлиненные изделия, выполненные согласно способу по Фиг.1, не соответствуют стандарту США AMS 4935 для использования в авиастроении, поскольку не проходят несколько плавок, в том числе в вакууме. Но, тем не менее, они являются изделиями сопоставимого качества, в частности по своей механической прочности. Заявитель считает, что эти изделия могут быть использованы вместо изделий, определяемых этим стандартом, или стандарт должен быть изменен таким образом, чтобы включать изделия, полученные способом по Фиг.1. В любом случае, качество этих изделий является таковым, что во множестве отраслей, где применяется этот стандарт, но при этом не является строго ограничивающим, можно благополучно их использовать.Strictly speaking, elongated products made according to the method of FIG. 1 do not comply with US standard AMS 4935 for use in the aircraft industry, since several melts, including in vacuum, do not pass. But, nevertheless, they are products of comparable quality, in particular in terms of their mechanical strength. The applicant believes that these products can be used instead of products defined by this standard, or the standard should be changed so as to include products obtained by the method of Figure 1. In any case, the quality of these products is such that in many industries where this standard is applied, but it is not strictly limiting, you can safely use them.
Настоящее изобретение охватывает все варианты, которые может предвидеть специалист в данной области техники в свете настоящего описания.The present invention encompasses all options that can be foreseen by a person skilled in the art in light of the present description.
Claims (13)
a) подготовка массы титана или титанового сплава (10) к плавке,
b) гарнисажная плавка указанной массы посредством электрической дуги (20),
c) отливка из расплавленной массы одного или несколько слитков преимущественно цилиндрической формы диаметром примерно менее 300 мм (30), затем
d) волочение одного или несколько указанных слитков при температуре между 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40).1. A method of manufacturing elongated products and preforms of titanium or titanium alloy, comprising the steps of:
a) preparing a mass of titanium or titanium alloy (10) for melting,
b) skull molding of said mass by means of an electric arc (20),
c) casting from the molten mass of one or more ingots of predominantly cylindrical shape with a diameter of approximately less than 300 mm (30), then
d) drawing one or more of said ingots at a temperature between 800 ° C-1200 ° C by means of a drawing mill (40).
с1) отливку одного или несколько первых слитков из расплавленной массы (300),
с2) плавку каждого из указанных первых слитков с получением второй соответствующей массы титана или титанового сплава (302),
с3) отливку одного или несколько слитков для волочения, преимущественно цилиндрической формы диаметром примерно менее 300 мм из каждой указанной второй соответствующей массы титана или титанового сплава (304).2. The method according to claim 1, characterized in that step c) comprises the following steps:
C1) casting one or more first molten ingots from a molten mass (300),
c2) smelting each of these first ingots to obtain a second corresponding mass of titanium or titanium alloy (302),
c3) casting one or more ingots for drawing, preferably of a cylindrical shape, with a diameter of about less than 300 mm from each of said second corresponding masses of titanium or titanium alloy (304).
с11) отливку одного или несколько слитков преимущественно цилиндрической формы диаметром примерно менее 300 мм из расплавленной массы (300).3. The method according to claim 2, characterized in that step c) includes a step:
c11) casting one or more ingots of a predominantly cylindrical shape with a diameter of about less than 300 mm from the molten mass (300).
с31) отливку слитка для волочения преимущественно цилиндрической формы диаметром примерно менее 300 мм из каждой указанной второй соответствующей масс титана или титанового сплава.4. The method according to claim 3, characterized in that step c3) comprises the step of:
c31) casting an ingot for drawing a predominantly cylindrical shape with a diameter of about less than 300 mm from each of said second corresponding masses of titanium or titanium alloy.
с21) плавка по меньшей мере первого слитка посредством вакуумной электрической дуги.5. The method according to claim 4, characterized in that step c2) includes a step:
c21) smelting at least the first ingot by means of a vacuum electric arc.
с1) отливку практически всей массы титана или титанового сплава, расплавленной методом гарнисажной плавки посредством электрической дуги на этапе b) в слитки для волочения преимущественно цилиндрической формы диаметром менее 300 мм.11. The method according to claim 1, characterized in that step c) comprises:
C1) casting almost the entire mass of titanium or a titanium alloy, melted by skull melting by means of an electric arc in step b) into ingots for drawing mainly cylindrical shapes with a diameter of less than 300 mm.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0902114A FR2944983B1 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | PROCESS AND INSTALLATION FOR MANUFACTURING TITANIUM EXTENSION PRODUCTS |
FR0902114 | 2009-04-30 | ||
PCT/FR2010/000329 WO2010125253A1 (en) | 2009-04-30 | 2010-04-23 | Method for producing elongate products made of titanium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011148086A RU2011148086A (en) | 2013-06-10 |
RU2541251C2 true RU2541251C2 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=41680302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011148086/02A RU2541251C2 (en) | 2009-04-30 | 2010-04-23 | Production of long articles from titanium |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2424688B8 (en) |
JP (1) | JP2012525497A (en) |
KR (1) | KR20120037378A (en) |
CN (1) | CN102438764B (en) |
FR (1) | FR2944983B1 (en) |
RU (1) | RU2541251C2 (en) |
UA (1) | UA104024C2 (en) |
WO (1) | WO2010125253A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112795798B (en) * | 2019-11-13 | 2022-02-08 | 新疆大学 | Preparation method of titanium alloy plate |
CN113373317A (en) * | 2021-05-13 | 2021-09-10 | 湖南金天钛业科技有限公司 | Preparation method of zero shrinkage cavity titanium or titanium alloy ingot and ingot |
KR102588735B1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-10-13 | (주)동아특수금속 | Casting method of zircalloy-4 bar for 3D printing powder |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004306126A (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Daido Steel Co Ltd | Method of rolling base stock for titanium alloy |
RU2262401C1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-10-20 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Hot rolled tube production process |
RU2329116C2 (en) * | 2002-11-12 | 2008-07-20 | Дженерал Электрик Компани | Method of item production from titanium alpha-beta-alloy by means of forging |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61193720A (en) * | 1985-02-21 | 1986-08-28 | Nippon Steel Corp | Hot extrusion method of titan product having good surface and high impact value |
JPS63223155A (en) * | 1987-03-12 | 1988-09-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Production of alpha+beta type titanium alloy extruded material |
JPH02274850A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Heat treatment of intermetallic compound ti-al-based alloy |
JPH04131330A (en) * | 1990-09-21 | 1992-05-06 | Nikko Kyodo Co Ltd | Production of pure titanium or titanium alloy material |
US5164097A (en) * | 1991-02-01 | 1992-11-17 | General Electric Company | Nozzle assembly design for a continuous alloy production process and method for making said nozzle |
JP2932918B2 (en) * | 1993-12-22 | 1999-08-09 | 日本鋼管株式会社 | Manufacturing method of α + β type titanium alloy extruded material |
JPH094770A (en) * | 1995-06-16 | 1997-01-07 | Daido Steel Co Ltd | Ti alloy pipe joint and manufacture thereof |
JP3567264B2 (en) * | 1996-10-28 | 2004-09-22 | 愛三工業株式会社 | Hot extrusion forging die for titanium |
JP3173441B2 (en) * | 1997-10-27 | 2001-06-04 | 住友金属工業株式会社 | Hot extrusion of metal materials |
CN1236819A (en) * | 1999-04-22 | 1999-12-01 | 孙宏勇 | Technology for producing titanium slabs |
WO2001049434A1 (en) * | 2000-01-07 | 2001-07-12 | Nissin Dental Products, Inc. | Metal casting device and metal casting method using the same |
DE10156336A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-06-05 | Ald Vacuum Techn Gmbh | Process for the production of alloy ingots |
JP2004230394A (en) * | 2003-01-28 | 2004-08-19 | Toyota Motor Corp | Rheocast casting method |
JP2007056340A (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | METHOD FOR PRODUCING HEAT RESISTANT TiAl BASED ALLOY MEMBER, AND HEAT RESISTANT TiAl BASED ALLOY MEMBER |
US7923127B2 (en) * | 2005-11-09 | 2011-04-12 | United Technologies Corporation | Direct rolling of cast gamma titanium aluminide alloys |
CN101407873A (en) * | 2008-11-21 | 2009-04-15 | 宝鸡钛业股份有限公司 | High-ductility medium-strength titanium alloy |
-
2009
- 2009-04-30 FR FR0902114A patent/FR2944983B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-04-23 KR KR1020117028572A patent/KR20120037378A/en not_active Application Discontinuation
- 2010-04-23 RU RU2011148086/02A patent/RU2541251C2/en active
- 2010-04-23 JP JP2012507794A patent/JP2012525497A/en active Pending
- 2010-04-23 CN CN201080019124.4A patent/CN102438764B/en active Active
- 2010-04-23 EP EP10718244.6A patent/EP2424688B8/en active Active
- 2010-04-23 WO PCT/FR2010/000329 patent/WO2010125253A1/en active Application Filing
- 2010-04-23 UA UAA201113982A patent/UA104024C2/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2329116C2 (en) * | 2002-11-12 | 2008-07-20 | Дженерал Электрик Компани | Method of item production from titanium alpha-beta-alloy by means of forging |
JP2004306126A (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Daido Steel Co Ltd | Method of rolling base stock for titanium alloy |
RU2262401C1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-10-20 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Hot rolled tube production process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20120037378A (en) | 2012-04-19 |
WO2010125253A8 (en) | 2011-11-03 |
FR2944983A1 (en) | 2010-11-05 |
CN102438764A (en) | 2012-05-02 |
JP2012525497A (en) | 2012-10-22 |
RU2011148086A (en) | 2013-06-10 |
UA104024C2 (en) | 2013-12-25 |
WO2010125253A1 (en) | 2010-11-04 |
EP2424688B8 (en) | 2024-08-07 |
EP2424688A1 (en) | 2012-03-07 |
FR2944983B1 (en) | 2011-07-15 |
EP2424688B1 (en) | 2014-01-01 |
CN102438764B (en) | 2015-01-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109371344B (en) | Forging process of GH4169 alloy bar | |
CN109500331B (en) | TC25 titanium alloy large-size bar processing method | |
CN111057903B (en) | Large-size titanium alloy locking ring and preparation method thereof | |
US8668760B2 (en) | Method for the production of a β-γ-TiAl base alloy | |
CN109439936A (en) | The preparation method of strong toughness titanium alloy super large-scale ring material in a kind of | |
US20120037330A1 (en) | Method and Apparatus for Manufacturing Titanium Alloys | |
RU2541251C2 (en) | Production of long articles from titanium | |
CN107405681B (en) | Method for manufacturing a turbomachine component, a blank and a final component | |
JP2010037651A (en) | Method for producing titanium-ingot by vacuum arc melting method | |
US11268166B2 (en) | Processes for producing superalloys and superalloys obtained by the processes | |
CN112030004A (en) | Aluminum bar forging process | |
CN112692203B (en) | Forging method of Nb47Ti alloy large-size bar for superconducting wire | |
CN107790975A (en) | A kind of bay section and its processing method | |
CN113493886A (en) | Forming method for improving structure uniformity of titanium alloy bar by combining free forging and pulse current auxiliary extrusion | |
CA3012314C (en) | A mould for the manufacturing of mould steels in an electro slag remelting process | |
RU2719051C1 (en) | Method of semi-finished products production from heat-resistant alloy h25n45v30 | |
JPH0971827A (en) | Production of industrial pure titanium ingot | |
JP7417056B2 (en) | titanium alloy ingot | |
RU2204617C1 (en) | Method for refining metals and alloys by multiple electron-beam refining | |
JPH04238605A (en) | Production of heat rolled titanium alloy linear bar being excellent in forgeability remained as it is rolled | |
JP2003340560A (en) | Method and apparatus for manufacturing active metal ingot | |
JP2022076856A (en) | Ingot of pure titanium or titanium alloy | |
JPH03297530A (en) | Manufacture of forged steel for hot press tool | |
CN116710582A (en) | Alpha+beta titanium alloy cast ingot for hot working | |
JPS6254565A (en) | Production of nickel-titanium alloy wire |