RU2228960C1

RU2228960C1 - Method of production of deformed semi-finished articles from metal chips

Info

Publication number: RU2228960C1
Application number: RU2002131407A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Гиршов (RU); В.Л. Гиршов; А.Н. Трещевский (RU); А.Н. Трещевский; В.А. Петров (RU); В.А. Петров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное общество "Металлоресурс"
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-05-20

Abstract

FIELD: reworking of wastes of metalworking process in form of metal chips, mainly wastes of titanium alloys. SUBSTANCE: proposed method includes crushing and cleaning of chips, cold molding of chip briquettes, laying briquettes in metal capsule which is sealed-up by welding, for example; briquettes are subjected to hot deformation to relative density of no less than 0.95. Prior to cold molding of briquettes, chips are subjected to degassing and hot deformation is performed molding followed by break of capsule bottom and extrusion of chip mass through hole of matrix of press outfit; after extrusion of blanks, they are subjected to annealing and additional hot deformation, rolling for example. Chips are crushed to size of particles of 20 mm and lesser. Cleaning of chips from solid and liquid non-metallic particles is performed by washing in solution at temperature of 60-80 C; solution contains the following components, g/l: soda ash, 30-35; trisodium phosphate, 15-20. After washing, chips are subjected to drying at temperature of 150-200 C. Cleaning the chips from metallic particles is effected by magnetic separation method at intensity of magnetic field of 100-200 A/m and additional magnetic separation at intensity of magnetic field of 1200-1500 A/m. EFFECT: possibility of obtaining smooth density in height; improved mechanical properties of molded metal. 19 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к переработке отходов металлообрабатывающего производства в виде металлической стружки, преимущественно стружки титановых сплавов.The invention relates to the processing of waste metal processing in the form of metal chips, mainly chips of titanium alloys.

Коэффициент использования металла при изготовлении деталей машин из титановых сплавов не превышает 0,3, причем около 45% от общей массы отходов составляет стружка. Из-за неопределенности химического состава к наличия посторонних примесей стружка, образующаяся на машиностроительных предприятиях, не возвращается в производство стандартных титановых сплавов ответственного назначения. Частично она используется при производстве ферротитана и других титаносодержаших материалов, однако это не решает проблему эффективного использования титановой стружки.The utilization of metal in the manufacture of machine parts from titanium alloys does not exceed 0.3, and about 45% of the total waste mass is shavings. Due to the uncertainty of the chemical composition of the presence of impurities, the chips generated at machine-building enterprises do not return to the production of standard titanium alloys for critical purposes. It is partially used in the production of ferrotitanium and other titanium-containing materials, but this does not solve the problem of the efficient use of titanium chips.

Исследования последних лет показали, что из стружки можно получать вторичные титановые сплавы с высоким уровнем механических свойств и надежности, которые могут с большим технико-экономическим эффектом использоваться для производства полуфабрикатов и изделий в самых разнообразных отраслях техники (детали автомобилей, велосипедов и других транспортных средств, оборудования для нефтехимической и пищевой промышленности, медицинских приборов и изделий, бытовых и спортивных товаров и т.д.).Studies of recent years have shown that secondary titanium alloys with a high level of mechanical properties and reliability can be obtained from chips, which can be used with great technical and economic effect for the production of semi-finished products and products in a wide variety of industries (parts of cars, bicycles and other vehicles, equipment for the petrochemical and food industries, medical devices and products, household and sporting goods, etc.).

Известна технология регенерации титановой стружки, включающая дробление, промывку, магнитную сепарацию, предварительное уплотнение и горячее прессование брикетов в вакууме (1). Такая технология не гарантирует получение высоких механических свойств в прессованном материале, поскольку на межчастичных границах стружки могут оставаться поры и несплошности. Кроме того, для промышленного внедрения такой технологии требуется создание сложного нестандартного оборудования, обеспечивающего безокислительный нагрев и прессование стружки в вакууме.A known technology for the regeneration of titanium chips, including crushing, washing, magnetic separation, pre-compaction and hot pressing of briquettes in vacuum (1). This technology does not guarantee obtaining high mechanical properties in the pressed material, since pores and discontinuities can remain on the interparticle boundaries of the chip. In addition, the industrial introduction of such technology requires the creation of sophisticated non-standard equipment that provides non-oxidative heating and pressing of chips in a vacuum.

Предложена технология водородного пластифицирования и прессования титановой стружки (2-3). Она отличается от технологии (1) тем, что титановые брикеты из стружки перед прессованием наводороживают, а после горячего прессования полученные заготовки подвергают вакуумному отжигу для удаления водорода. По мнению авторов этой технологии наличие водорода снижает сопротивление деформации и устраняет дефекты на поверхности частиц стружки, что улучшает диффузионную связь между частицами и повышает механические свойства прессованного материала. К недостаткам водородной технологии следует отнести высокую энергоемкость и длительность операций наводороживания и удаления водорода, а также потребность в специализированном нестандартном оборудовании.The technology of hydrogen plasticization and pressing of titanium chips has been proposed (2-3). It differs from technology (1) in that the titanium briquettes from the chips are hydrogenated before pressing, and after hot pressing the obtained preforms are subjected to vacuum annealing to remove hydrogen. According to the authors of this technology, the presence of hydrogen reduces the resistance to deformation and eliminates defects on the surface of the chip particles, which improves the diffusion bond between the particles and increases the mechanical properties of the pressed material. The disadvantages of hydrogen technology include the high energy intensity and duration of hydrogenation and hydrogen removal operations, as well as the need for specialized non-standard equipment.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления деформированных заготовок из металлической, преимущественно титановой, стружки (4), включающий дробление и очистку стружки, холодное прессование стружечных брикетов, укладку брикетов в металлическую капсулу, герметизацию, нагрев, загрузку капсулы в прессовую оснастку и горячую деформацию до относительной плотности стружечной массы не менее 0,95. Горячую деформацию осуществляют с помощью ударного воздействия. После извлечения капсулы из прессовой оснастки и ее охлаждения удаляют стальную капсулу, например, путем механической обточки, а полученные прессовки используют по назначению. К недостаткам данного способа следует отнести трудоемкую операцию удаления стальной оболочки с поверхности поковки и неравномерную плотность по высоте кованой заготовки. Общим недостатком рассмотренных выше аналогов является ограничение прессованных и кованых заготовок по высоте. Их высота обычно меньше диаметра, что затрудняет изготовление из таких заготовок длинномерных изделий типа прутков и труб.The closest analogue of the present invention is a method for manufacturing deformed workpieces from metal, mainly titanium, chips (4), including crushing and cleaning chips, cold pressing chip briquettes, laying briquettes in a metal capsule, sealing, heating, loading the capsule into a press tool and hot deformation to a relative density of chip mass of at least 0.95. Hot deformation is carried out using shock. After removing the capsule from the press tool and cooling it, remove the steel capsule, for example, by mechanical turning, and the resulting compacts are used as intended. The disadvantages of this method include the laborious operation of removing the steel shell from the forging surface and uneven density along the height of the forged workpiece. A common drawback of the above analogues is the restriction of pressed and forged blanks in height. Their height is usually less than the diameter, which makes it difficult to manufacture long products such as rods and pipes from such blanks.

Предлагаемое изобретение ставит своей целью создать промышленную технологию изготовления из титановой стружки длинномерных полуфабрикатов с равномерной плотностью по их высоте на базе высокопроизводительного и экономичного способа горячей экструзии, а также с повышенными механическими свойствами прессованного металла.The present invention aims to create an industrial technology for the manufacture of titanium shavings of long semi-finished products with uniform density along their height on the basis of a high-performance and economical method of hot extrusion, as well as with increased mechanical properties of pressed metal.

Сущность изобретения заключается в том, что стружку подвергают дроблению, очистке, затем осуществляют холодное прессование стружечных брикетов, укладывают их в металлическую капсулу, которую герметизируют, например, сваркой, после чего снаряженную капсулу нагревают, загружают в прессовую оснастку и производят горячую деформацию до относительной плотности стружечной массы не менее 0,95. Отличие заявляемого способа заключается в том, что перед холодным прессованием брикетов проводят дегазацию стружки, а горячую деформацию осуществляют путем прессования с последующим прорывом дна капсулы и экструзией стружечной массы через отверстие матрицы прессовой оснастки, после чего экструдированные заготовки подвергают отжигу и дополнительной горячей деформации, например прокатке. В частных случаях реализации способа отличие заключается в том, что дробление стружки осуществляют до размера частиц 20 мм и менее, очистку стружки от жидких и твердых неметаллических частиц производят промывкой в растворе, содержащем кальцинированную соду (30-35 г/л) и тринатрийфосфат (15-20 г/л) при 60-80°С с последующей сушкой при 150-200°С, а очистку стружки от металлических частиц осуществляют магнитной сепарацией при напряженности поля 100-120 А/м и дополнительно, при необходимости, при напряженности поля 1200-1500 А/м, при этом в процессе магнитной сепарации из потока стружки отбирают частные пробы, например, в количестве не менее 8, смешивают их в общую пробу, которую подвергают гидрированию, измельчению до размера частиц не более 400 мкм и направляют на химический анализ, по результатам которого получают требуемый химический состав титанового сплава путем добавления в стружку титановой губки, например, марки ТГ-ТВ, дегазацию стружки проводят в вакууме 1-10 Па при 500-600°С с выдержкой 1-2 ч, холодное прессование стружечных брикетов производят до относительной плотности 0,65-0,7, металлическую капсулу изготавливают из стали с содержанием углерода не более 0,3%, снаряженную стружечными брикетами капсулу нагревают до 1000-1050°С, экструзию проводят с коэффициентом вытяжки не менее 6, отжиг экструдированных заготовок осуществляют при 900-950°С с выдержкой 1-2 ч, а дополнительную горячую деформацию экструдированных заготовок осуществляют со степенью деформации не менее 30%.The essence of the invention lies in the fact that the chips are subjected to crushing, cleaning, then cold pressing of chip briquettes is carried out, they are placed in a metal capsule, which is sealed, for example, by welding, after which the equipped capsule is heated, loaded into a press tool and hot deformation is made to relative density chip mass of at least 0.95. The difference of the proposed method lies in the fact that before the cold pressing of the briquettes, the chips are degassed, and hot deformation is carried out by pressing, followed by the breaking of the capsule bottom and extrusion of the chip mass through the hole of the press tool matrix, after which the extruded billets are subjected to annealing and additional hot deformation, for example, rolling . In particular cases of implementing the method, the difference is that the chips are crushed to a particle size of 20 mm or less, the chips are cleaned of liquid and solid non-metallic particles by washing in a solution containing soda ash (30-35 g / l) and trisodium phosphate (15 -20 g / l) at 60-80 ° C followed by drying at 150-200 ° C, and the chips are cleaned of metal particles by magnetic separation at a field strength of 100-120 A / m and, optionally, at a field strength of 1200 -1500 A / m, while in the process of magnetic sep radios from the chip stream take private samples, for example, in an amount of at least 8, mix them into a general sample, which is subjected to hydrogenation, grinding to a particle size of not more than 400 microns and sent for chemical analysis, the results of which give the required chemical composition of the titanium alloy by adding titanium sponges to the chips, for example, of the ТГ-TV brand, chip degassing is carried out in a vacuum of 1-10 Pa at 500-600 ° C for 1-2 hours, cold pressing of the chip briquettes is carried out to a relative density of 0.65-0.7 metal cap the sulu is made of steel with a carbon content of not more than 0.3%, the capsule equipped with chip briquettes is heated to 1000-1050 ° C, the extrusion is carried out with a drawing coefficient of at least 6, the extruded billets are annealed at 900-950 ° C with a holding of 1-2 h, and additional hot deformation of the extruded preforms is carried out with a degree of deformation of at least 30%.

Операция дегазации стружки направлена на уменьшение газовых примесей и устранение наклепа поверхности частиц после дробления стружки. Горячее прессование с последующим прорывом дна металлической капсулы и экструзией стружечной массы через отверстие матрицы обеспечивают получение деформированного прутка без стальной оболочки, которая остается в пресс-остатке, поскольку между титановой стружкой и стальной капсулой практически отсутствует диффузионное сцепление. Отжиг и дополнительная горячая деформация прокаткой направлены на повышение однородности внутренней структуры металла и улучшение механических свойств.The operation of chip degassing is aimed at reducing gas impurities and eliminating the hardening of the particle surface after crushing the chips. Hot pressing followed by a breakthrough of the bottom of the metal capsule and extrusion of the chip mass through the hole of the matrix provide a deformed bar without a steel shell, which remains in the press residue, since there is practically no diffusion coupling between the titanium chips and the steel capsule. Annealing and additional hot deformation by rolling are aimed at increasing the uniformity of the internal structure of the metal and improving the mechanical properties.

Дробление стружки до размера 20 мм и менее снижает усилие холодного прессования брикетов и уменьшает остаточные пустоты (поры) между частицами стружки.Crushing chips to a size of 20 mm or less reduces the force of cold pressing briquettes and reduces residual voids (pores) between the particles of the chip.

Очистка стружки промывкой в растворе заданного состава обеспечивает необходимую чистоту стружки и наименьший экологический ущерб окружающей среде, а выбранные температурные параметры промывки и сушки направлены на снижение энергозатрат данной операции. Очистка стружки от металлических частиц в магнитном поле напряженностью 100-120 А/м обеспечивает удаление частиц на основе железа, а при напряженности поля 1200-1500 А/м от слабомагнитных частиц, например частиц из нержавеющей стали.Cleaning chips by washing in a solution of a given composition provides the necessary chip cleanliness and the least environmental damage, and the selected temperature parameters of washing and drying are aimed at reducing the energy consumption of this operation. Cleaning chips from metal particles in a magnetic field with a strength of 100-120 A / m ensures the removal of particles based on iron, and with a field strength of 1200-1500 A / m from weakly magnetic particles, such as particles of stainless steel.

Отбор частных проб в количестве не менее 8, смешение их в общую пробу, гидрирование, измельчение до размера частиц не более 400 мкм, проведение химического анализа и, при необходимости, последующая корректировка химического состава стружки обусловлена тем, что поступающая на переработку стружка, как правило, содержит фрагменты (объемы) стружки разных марок сплавов. Количество частных проб выбрано из сложившейся практики, а мелкий фракционный состав пробы направлен на повышение точности химического анализа.Private sampling in an amount of at least 8, mixing them into a common sample, hydrogenation, grinding to a particle size of not more than 400 microns, chemical analysis and, if necessary, subsequent adjustment of the chemical composition of the chips due to the fact that the chips coming to processing are usually contains fragments (volumes) of chips of different grades of alloys. The number of private samples is selected from established practice, and the small fractional composition of the sample is aimed at improving the accuracy of chemical analysis.

Температурные, временные и другие параметры дегазации определены экспериментально из условия максимального удаления газовых примесей и уменьшения поверхностной микротвердости частиц стружки (наклепа). Остаточное давление в пределах 1-10 Па выбрано из условия наименьшего окисления стружки при ее нагреве, нагрев ниже 500°С и выдержка менее 1 ч не обеспечивают требуемого удаления газовых примесей, а нагрев выше 600°С и выдержка более 2 ч экономически неоправданны из-за дополнительных затрат энергии.Temperature, time and other parameters of degassing are determined experimentally from the conditions of maximum removal of gas impurities and a decrease in the surface microhardness of chip particles (hardening). The residual pressure in the range of 1-10 Pa is selected from the condition of the least oxidation of the chip when it is heated, heating below 500 ° C and holding for less than 1 h do not provide the required removal of gas impurities, and heating above 600 ° C and holding for more than 2 hours are not economically justified for additional energy costs.

Холодное прессование стружечных брикетов с относительной плотностью менее 0,65 приводит к осыпанию или разрушению брикета, а прессование с относительной плотностью более 0,7 требует больших усилий и ускоряет износ элементов прессовой оснастки. Изготовление капсулы из стали с низким (менее 0,3%) содержанием углерода упрощает герметизацию капсулы за счет хорошей свариваемости стали.Cold pressing of chip briquettes with a relative density of less than 0.65 leads to shedding or destruction of the briquette, and pressing with a relative density of more than 0.7 requires great effort and accelerates the wear of the press tooling elements. The manufacture of capsules from steel with a low (less than 0.3%) carbon content simplifies capsule sealing due to the good weldability of the steel.

Нагрев капсулы с загруженными в нее брикетами ниже 1000°С не обеспечивает необходимой деформационной способности стружечной массы, а нагрев выше 1050°С может привести к образованию жидкой эвтектической фазы в системе железо-титан и разрушению стальной капсулы.Heating the capsule with briquettes loaded into it below 1000 ° C does not provide the necessary deformation ability of the chip mass, and heating above 1050 ° C can lead to the formation of a liquid eutectic phase in the iron-titanium system and the destruction of the steel capsule.

Значение коэффициента вытяжки не менее 6 обусловлено тем, что усилие прессования в момент прорыва дна капсулы должно быть больше, чем усилие, необходимое для достижения относительной плотности 0,95. При коэффициенте вытяжки менее 6 возможен прорыв дна капсулы при относительной плотности менее 0,95, что может привести к окислению стружечной массы.The value of the drawing coefficient of at least 6 is due to the fact that the pressing force at the moment of breaking the bottom of the capsule should be greater than the force required to achieve a relative density of 0.95. When the drawing ratio is less than 6, a breakthrough of the capsule bottom is possible at a relative density of less than 0.95, which can lead to oxidation of the chip mass.

Отжиг экструдированных заготовок в выбранных температурных и временных интервалах обеспечивает повышение однородности структуры металла за счет растворения фрагментированных окислов и исчезновения межстружечных границ, что в свою очередь повышает пластичность и другие механические свойства материала полуфабриката. Отжиг при температуре ниже 900°С и выдержке менее 1 ч показывает, что процесс гомогенизации структуры протекает медленно и не обеспечивает завершение диффузии, а отжиг при температуре выше 950°С и выдержке более 2 ч требует дополнительных затрат энергии.Annealing the extruded billets in the selected temperature and time intervals provides an increase in the uniformity of the metal structure due to the dissolution of fragmented oxides and the disappearance of inter-chip boundaries, which in turn increases the ductility and other mechanical properties of the semi-finished material. Annealing at temperatures below 900 ° С and holding for less than 1 h shows that the process of homogenization of the structure proceeds slowly and does not ensure diffusion, and annealing at temperatures above 950 ° С and holding for more than 2 hours requires additional energy.

Дополнительная горячая деформация экструдированных заготовок со степенью деформации не менее 30% направлена на дальнейшее улучшение структуры металла и повышение механических свойств материала конечного продукта.Additional hot deformation of extruded billets with a degree of deformation of at least 30% is aimed at further improving the metal structure and increasing the mechanical properties of the material of the final product.

Способ осуществляют следующим образом. Стружку дробят до размера частиц 20 мм и менее, потом ее очищают сначала от твердых и жидких неметаллических частиц путем промывки в растворе заданного состава с последующими промывкой в горячей воде и сушкой, затем от металлических частиц методом магнитной сепарации при напряженности поля 100-120 А/м. В случае загрязнения стружки слабомагнитными частицами металла, например частицами из нержавеющей стали, осуществляют дополнительную магнитную очистку при напряженности поля 1200-1500 А/м.The method is as follows. The chips are crushed to a particle size of 20 mm or less, then they are first cleaned of solid and liquid non-metallic particles by washing in a solution of a given composition, followed by washing in hot water and drying, then from metal particles by magnetic separation at a field strength of 100-120 A / m In the event of contamination of the chip with weakly magnetic metal particles, for example stainless steel particles, additional magnetic cleaning is carried out at a field strength of 1200-1500 A / m.

Для определения химического состава стружки в процессе магнитной сепарации отбирают частные пробы в количестве не менее 8, которые смешивают в общую (представительную) пробу. Порядок отбора и подготовки проб регламентированы ГОСТ 28053-89. Затем общую пробу гидрируют в специальной установке по следующей схеме: укладка стружки в перфорированный контейнер и загрузка его в рабочее пространство установки; вакуумирование рабочего пространства до остаточного давления 1-10 Па; заполнение рабочего пространства установки водородом (марки А по ГОСТ 3022-70); нагрев стружечной пробы до температуры не выше 850°С с выдержкой при данной температуре 3-4 ч до прекращения поглощения водорода; охлаждение контейнера в атмосфере водорода; разгерметизация установки и извлечение контейнера. Затем гидрированную стружку измельчают до размера частиц не более 400 мкм и проводят химический анализ на содержание легирующих элементов. В зависимости от результатов анализа в очищенную стружку добавляют титановую губку марки ТГ-ТВ (ГОСТ 17746-96) до требуемого химического состава и подают на операцию дегазации, после которой осуществляют холодное прессование стружечных брикетов с относительной плотностью 0,65-0,7. Полученные брикеты загружают в капсулу из низкоуглеродистой стали, например, марки Ст. 3 (ГОСТ 380-94), которую герметизируют посредством приварки крышек, затем капсулу нагревают до 1000-1050°С и выдерживают при данной температуре для выравнивания температурного поля по всему объему стружечной массы, после чего капсулу устанавливают в прессовую оснастку.To determine the chemical composition of the chips during magnetic separation, private samples are taken in an amount of at least 8, which are mixed into a common (representative) sample. The sampling and sample preparation procedure is regulated by GOST 28053-89. Then, the total sample is hydrogenated in a special installation according to the following scheme: placing chips in a perforated container and loading it into the working space of the installation; evacuation of the working space to a residual pressure of 1-10 Pa; filling the working space of the installation with hydrogen (grade A according to GOST 3022-70); heating the chip sample to a temperature of no higher than 850 ° C with holding at this temperature for 3-4 hours until the absorption of hydrogen ceases; cooling the container in a hydrogen atmosphere; depressurization of the installation and removal of the container. Then the hydrogenated chips are crushed to a particle size of not more than 400 microns and a chemical analysis is carried out for the content of alloying elements. Depending on the results of the analysis, titanium sponge of the TG-TV brand (GOST 17746-96) is added to the cleaned chips to the required chemical composition and fed to the degassing operation, after which the chip briquettes with a relative density of 0.65-0.7 are cold pressed. The resulting briquettes are loaded into a capsule of low carbon steel, for example, grade St. 3 (GOST 380-94), which is sealed by welding the caps, then the capsule is heated to 1000-1050 ° C and maintained at this temperature to equalize the temperature field throughout the volume of the chip mass, after which the capsule is installed in a press tooling.

Усилие горячего прессования капсулы выбирают из условия обеспечения относительной плотности стружечной массы не менее 0,95 на первом этапе прессования до прорыва дна капсулы с последующим повышением указанной плотности на втором этапе прессования после прорыва дна капсулы за счет выбора коэффициента вытяжки не менее 6. Прорыв дна капсулы обеспечивается специальной геометрией матрицы и толщиной дна капсулы, определяемых методом компьютерного моделирования с использованием универсальной программной системы LS-DYNA, конечно-элементная база которой содержит 867 элементов и 1563 узлов. На фиг.1 показана компьютерная модель разрушения дна стальной капсулы и формирования экструдированного прутка (а - начальный момент прорыва дна капсулы в зоне отверстия матрицы, в - сформированный пруток в процессе экструзии). На фиг.2 изображен пресс-остаток после завершения экструзии, где 1 - стружечная масса, 2 - металл капсулы, который формируется в полости прессовой оснастки.The force of hot pressing of the capsule is selected from the condition of ensuring the relative density of the chip mass of not less than 0.95 at the first stage of pressing before breaking the bottom of the capsule with a subsequent increase in the specified density at the second stage of pressing after breaking the bottom of the capsule by choosing a draw ratio of at least 6. Breakthrough of the bottom of the capsule it is provided with special matrix geometry and capsule bottom thickness, determined by computer simulation using the LS-DYNA universal software system, finite element base which contains 867 elements and 1563 nodes. Figure 1 shows a computer model of the destruction of the bottom of the steel capsule and the formation of the extruded rod (a is the initial moment of breakthrough of the bottom of the capsule in the area of the hole of the matrix, c is the formed rod during extrusion). Figure 2 shows the press residue after completion of the extrusion, where 1 is the chip mass, 2 is the metal of the capsule, which is formed in the cavity of the press tooling.

Полученный экструдированный пруток отжигают при 900-950°С с выдержкой 1-2 ч, затем производят дополнительную горячую деформацию, например, прокаткой со степенью деформации не менее 30% для дальнейшей проработки структуры и повышения механических свойств металла.The obtained extruded bar is annealed at 900–950 ° С for 1-2 h, then additional hot deformation is performed, for example, by rolling with a degree of deformation of at least 30% to further develop the structure and increase the mechanical properties of the metal.

Пример 1. Для получения деформированных прутков использовали две партии стружки из титановых сплавов марок ВТ1-0 и ВТ5 (ГОСТ 19807-91) массой 12 кг каждая. После дробления, очистки и химического анализа установлено, что в стружке из сплава ВТ1-0 частично присутствует стружка других марок и она дополнительно содержит элементы, мас.%: Аl - 1,5, Мо - 0,2, V - 0,2, а также повышенное содержание кислорода (до 0,3%). Химический состав другой партии стружки (ВТ5) соответствовал стандартному. Для уменьшения содержания кислорода в первую партию стружки добавляли титановую губку марки ТГ-ТВ в количестве 20% от массы стружки в партии.Example 1. To obtain deformed rods used two batches of shavings from titanium alloys of grades VT1-0 and VT5 (GOST 19807-91) weighing 12 kg each. After crushing, cleaning and chemical analysis, it was found that other types of chips are partially present in the VT1-0 alloy shavings and it additionally contains elements, wt.%: Al - 1.5, Mo - 0.2, V - 0.2, as well as increased oxygen content (up to 0.3%). The chemical composition of another batch of chips (VT5) corresponded to the standard. To reduce the oxygen content in the first batch of chips, a titanium sponge of the TG-TV brand was added in an amount of 20% by weight of the chips in the batch.

После дегазации произвели холодное прессование стружечных брикетов диаметром 150 мм и высотой 80 мм с относительной плотностью 0,65-0,7 по три брикета из каждой партии стружки. Прессование осуществляли на гидравлическом прессе с усилием 0,6 МН, давление прессования брикетов из стружки ВТ1-0 составило 320 МПа, что на 10% меньше расчетного значения за счет присутствия в стружке титановой губки. Полученные брикеты поместили в стальные капсулы по три брикета в каждую, затем произвели герметизацию капсул путем приварки к обечайке верхней крышки и дна. Наружный диаметр капсулы 155 мм, толщина обечайки 2,0 мм, крышки 3,0 мм, высота капсулы 240 мм (без учета толщин крышки и дна). Толщину и геометрические параметры дна, обращенного к отверстию матрицы, определяли методом компьютерного моделирования.After degassing, cold pressing was performed on chip briquettes with a diameter of 150 mm and a height of 80 mm with a relative density of 0.65-0.7, three briquettes from each batch of chips. The pressing was carried out on a hydraulic press with a force of 0.6 MN, the pressing pressure of briquettes from VT1-0 chips was 320 MPa, which is 10% less than the calculated value due to the presence of a titanium sponge in the chips. The resulting briquettes were placed in steel capsules, three briquettes each, then the capsules were sealed by welding to the shell of the top cover and bottom. The outer diameter of the capsule is 155 mm, the shell thickness is 2.0 mm, the caps are 3.0 mm, the height of the capsule is 240 mm (excluding the thickness of the cap and bottom). The thickness and geometric parameters of the bottom facing the hole of the matrix were determined by computer simulation.

После нагрева капсулы последнюю загрузили в прессовую оснастку и произвели прессование до относительной плотности не менее 0,95, которую определяли по перемещению плунжера (пуансона), после прорыва дна капсулы произошло выдавливание стружечной массы через отверстие (диаметр 25 мм) матрицы с одновременным повышением давления прессования на 10-15% и относительной плотности стружечной массы за счет выбранного коэффициента вытяжки (6,2). Горячее прессование проводили на горизонтальном гидравлическом прессе с усилием 16 МН, давление прессования 300 МПа, угол входного конуса отверстия матрицы 120°, скорость перемещения плунжера 100 мм/с, длина экструдированного прутка составила 6 м, относительная плотность 0,97. В пресс-остатке (фиг.2), сформированном в зоне отверстия матрицы, содержалось около 0,7 кг стружечной массы (5% от общей массы), остальное - материал стальной капсулы. На поверхности прутка металл капсулы отсутствовал. Прутки от каждой партии стружки разрезали на две части, полученные образцы (4 шт.) подвергли вакуумному отжигу и прокатали с различными степенями деформации, после чего провели механические испытания. Образцы для прокатки нагревали в селитовой печи до 900-950°С и катали в двухвалковом стане с диаметром валков 210 мм, длина бочки - 200 мм. Режимы термообработки, прокатки и механические свойства деформированных полуфабрикатов приведены в таблице.After heating the capsule, the latter was loaded into a pressing tool and pressed to a relative density of at least 0.95, which was determined by the movement of the plunger (punch), after breaking through the bottom of the capsule, the chip mass was extruded through the hole (diameter 25 mm) of the matrix with a simultaneous increase in pressing pressure by 10-15% and the relative density of the chip mass due to the selected drawing coefficient (6.2). Hot pressing was carried out on a horizontal hydraulic press with a force of 16 MN, a pressing pressure of 300 MPa, an inlet cone angle of the die of 120 °, a plunger moving speed of 100 mm / s, an extruded rod length of 6 m, a relative density of 0.97. About 0.7 kg of chip mass (5% of the total mass) was contained in the press residue (Fig. 2) formed in the area of the hole in the matrix, the rest being the material of the steel capsule. There was no metal capsule on the surface of the rod. The rods from each batch of chips were cut into two parts, the obtained samples (4 pcs.) Were subjected to vacuum annealing and rolled with various degrees of deformation, after which mechanical tests were performed. Samples for rolling were heated in a selitic furnace to 900–950 ° C and rolled in a two-roll mill with a roll diameter of 210 mm and a barrel length of 200 mm. Modes of heat treatment, rolling and mechanical properties of deformed semi-finished products are shown in the table.

Из анализа табличных данных можно сделать вывод, что деформируемые прутки, полученные заявляемым способом, обладают механическими свойствами, сравнимыми с механическими свойствами вторичного литого металла, и могут быть рекомендованы для изготовления деталей машин и приборов, используемых в различных отраслях техники.From the analysis of the tabular data, we can conclude that the deformable rods obtained by the claimed method have mechanical properties comparable to the mechanical properties of secondary cast metal, and can be recommended for the manufacture of machine parts and devices used in various industries.

Источники информацииSources of information

1. Патент RU 2040367, B 22 F 3/02, 27.07.1995.1. Patent RU 2040367, B 22 F 3/02, 07.27.1995.

2. Патент RU 2131791, B 22 F 8/00, 20.06.1999.2. Patent RU 2131791, B 22 F 8/00, 06.20.1999.

3. Патент RU 2131937, С 22 В 7/00, 34/12, 20.06.1999.3. Patent RU 2131937, C 22 V 7/00, 34/12, 06/20/1999.

4. Заявка RU 2001113682/02 (014402), С 22 В 1/248, 7/00, B 22 F 8/00, решение о выдаче патента от 24.10.2002.4. Application RU 2001113682/02 (014402), C 22 B 1/248, 7/00, B 22 F 8/00, the decision to grant a patent dated 10.24.2002.

Claims

1. A method of producing deformed semi-finished products from metal chips, mainly from titanium alloy chips, including crushing and cleaning chips, cold pressing chip briquettes, laying briquettes in a metal capsule with its subsequent sealing, heating, loading into a press tool and hot deformation to a relative particle density mass not less than 0.95, characterized in that before the cold pressing of the briquettes, the chips are degassed, and hot deformation is carried out by pressing followed by breakthrough of the capsule bottom and particleboard extrusion mass through the die opening press tools, after which the extruded preform is annealed and further hot deformation such as rolling.

2. The method according to claim 1, characterized in that the crushing of the chips is carried out to a particle size of 20 mm or less.

3. The method according to claim 1, characterized in that the chips are cleaned of solid and liquid non-metallic particles by washing in a solution containing, g / l: soda ash - 30-35 and trisodium phosphate - 15-20.

4. The method according to claim 3, characterized in that the washing of the chips is carried out at 60-80 ° C.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that after washing, the chips are dried at 150-200 ° C.

6. The method according to claim 1, characterized in that the cleaning of the chips from metal particles is carried out by magnetic separation at a field strength of 100-200 A / m

7. The method according to claim 6, characterized in that the chips are subjected to additional magnetic separation at a field strength of 1200-1500 A / m

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that in the process of magnetic separation from the chip stream, private samples are taken, which are mixed into a common sample, subjected to hydrogenation, grinding, and then sent for chemical analysis.

9. The method according to claim 8, characterized in that the number of private samples is selected at least 8.

10. The method according to claim 8, characterized in that the grinding is carried out to a particle size of not more than 400 microns.

11. The method according to claim 1 or 8, characterized in that before degassing, depending on the results of the chemical analysis, a titanium sponge, for example, TG-TV grade, is added to the chips to the desired chemical composition.

12. The method according to claim 1, characterized in that the degassing of the chips is carried out in a vacuum of 1-10 Pa at 500-600 ° C with an exposure of 1-2 hours

13. The method according to claim 1, characterized in that the cold pressing of the briquettes is carried out to a relative density of 0.65-0.70.

14. The method according to claim 1, characterized in that the metal capsule is made of steel with a carbon content of not more than 0.3%.

15. The method according to claim 1 or 14, characterized in that the capsule with the loaded briquettes is sealed, for example, by welding.

16. The method according to claim 1, characterized in that before loading into the press tooling the capsule is heated to 1000-1050 ° C.

17. The method according to claim 1, characterized in that the extrusion of the chip mass is carried out with a drawing ratio of at least 6.

18. The method according to claim 1, characterized in that the annealing of the extruded preforms is carried out at 900-950 ° C with an exposure of 1-2 hours

19. The method according to claim 1, characterized in that the additional hot deformation of the extruded preforms is carried out with a degree of deformation of at least 30%.