RU2264887C1

RU2264887C1 - Method for semi-continuous pressing of articles of titanium alloy charge materials

Info

Publication number: RU2264887C1
Application number: RU2004128852/02A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Смирнов (RU); В.Г. Смирнов; В.В. Тетюхин (RU); В.В. Тетюхин; И.В. Левин (RU); И.В. Левин; В.А. Баранов (RU); В.А. Баранов
Original assignee: ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО)
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2005-11-27

Abstract

FIELD: powder metallurgy, namely manufacture of articles such as consumable electrodes of metallic powders used in electric metallurgy.

SUBSTANCE: method comprises steps of pouring charge by dozes into cone die; pressing it and pushing article through die by means of pad with ram during one pass; pushing through die gage made of alloy respective to that of pressed article or of pure titanium. Gage is made of sheet material with rectangular cross section whose height is 15 - 30 mm and thickness is 10 - 40 mm. Gage has hollow closed contour whose outer geometry profile is similar to outer profile of outlet cross section of die. Dimensions of outer geometry profile of gage exceed those of die cross section by 1.02 -1.1 times. After 3 - 10 dozes of charge are pressed, gages with pressed material are successively arranged in die in such a way that their lateral outer surfaces are parallel to pressing axis and then they are pressed-in to body of electrode.

EFFECT: prevention of metal sticking to die surface, improved quality of pressed electrode.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу полунепрерывного прессования расходуемых электродов из шихтовых материалов титановых сплавов, используемых в электрометаллургии.The invention relates to powder metallurgy, in particular to a method for semi-continuous pressing of consumable electrodes from charge materials of titanium alloys used in electrometallurgy.

Известен способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (Плавка и литье титановых сплавов под ред. В.И. Добаткина, М.: Металлургия, 1978, с.265-271, рис.107, 108).A known method of semi-continuous pressing through a cone matrix into a compound electrode for vacuum arc melting of titanium alloys (Melting and casting of titanium alloys, edited by V.I. Dobatkin, M .: Metallurgy, 1978, S. 265-271, Fig. 107, 108) .

Известный способ прессования позволяет получить достаточно длинный и однородный в поперечном сечении электрод с хорошей поверхностью и допустимой кривизной из сыпучих материалов, отличающихся друг от друга по форме, плотности, массе, размерам, коэффициенту трения между собой и стенками матрицы. Рабочая матрица подогревается до 100-200°С с целью получения оптимального коэффициента трения между электродом и стенками матрицы. Основным компонентом шихты (60-95%) является губчатый титан, который, схватываясь в процессе прессования со стенками матрицы, образует устойчивую «рубашку» между электродом и стенками матрицы. При наращивании «рубашки» в процессе прессования электроды начинают искривляться, поверхность электродов, соприкасаясь не с матрицей, а с налипшим металлом, теряет свою сплошность (трескается) и цилиндричность (на ней образуются широкие продольные борозды). При этом электрод проталкивается через матрицу рывками. Это приводит к снижению плотности и прочности электрода, увеличивается вероятность его ломки при правке и транспортировке. Подобный процесс особенно характерен для сплавов с малым количеством лигатуры и отходов.The known pressing method allows to obtain a sufficiently long and uniform cross-sectional electrode with a good surface and acceptable curvature from bulk materials that differ from each other in shape, density, mass, size, coefficient of friction between themselves and the matrix walls. The working matrix is heated to 100-200 ° C in order to obtain the optimal coefficient of friction between the electrode and the walls of the matrix. The main component of the charge (60-95%) is sponge titanium, which, grasping during the pressing process with the walls of the matrix, forms a stable "shirt" between the electrode and the walls of the matrix. When the “shirt” is built up during the pressing process, the electrodes begin to bend, the electrode surface, not in contact with the matrix, but with the adhering metal, loses its continuity (cracking) and cylindricity (wide longitudinal grooves form on it). In this case, the electrode is pushed through the matrix in jerks. This leads to a decrease in the density and strength of the electrode, increases the likelihood of its breaking during dressing and transportation. A similar process is especially characteristic for alloys with a small amount of ligature and waste.

Недостатком известного способа является сложность удаления налипшего на стенки матрицы металла.The disadvantage of this method is the difficulty of removing adhering to the walls of the matrix metal.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов (патент РФ №2120351, МПК B 22 F 3/20). В известном изобретении перед засыпкой первой порции шихты очередного изделия через матрицу проталкивают калибр в виде диска толщиной 20-100 мм и диаметром на 5-25 мм больше калибрующего отверстия матрицы и изготовленного из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия, или из чистого титана. При этом снижается трудоемкость операции удаления налипшего металла ("рубашки") со стенок матрицы, повышается качество прессуемых изделий.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a method of semi-continuous pressing of products from charge materials of titanium alloys (RF patent No. 2120351, IPC B 22 F 3/20). In the known invention, before filling the first portion of the charge of the next product, the gauge in the form of a disk with a thickness of 20-100 mm and a diameter of 5-25 mm larger than the gauge hole of the matrix and made of an alloy corresponding to the alloy of the pressed product or of pure titanium is pushed through the matrix. This reduces the complexity of the operation of removing adhering metal ("shirt") from the walls of the matrix, improves the quality of the pressed products.

Недостатком данного изобретения является невозможность удаления налипшего металла в процессе рабочей части прессования, из-за чего по мере формирования электрода происходит нарастание "бороды", влияющее на качество завершающей части прессованного изделия. При неблагоприятном развитии процесса возможно критическое налипание объема металла, приводящее к получению бракованной продукции.The disadvantage of this invention is the inability to remove adhering metal during the working part of the pressing, because of which, as the electrode is formed, an increase in the "beard" occurs, affecting the quality of the final part of the pressed product. In case of unfavorable development of the process, critical sticking of the metal volume is possible, leading to the production of defective products.

Задачей изобретения является недопущение образования на поверхности матрицы объема налипшего металла, вызывающего ухудшение качества прессуемого электрода.The objective of the invention is to prevent the formation on the matrix surface of the volume of adhering metal, causing a deterioration in the quality of the pressed electrode.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение качества прессуемого электрода за счет своевременного удаления со стенок матрицы налипшего металла ("рубашки"), повышение прочности и эксплуатационных свойств прессуемого изделия.The technical result achieved by the implementation of the invention is to improve the quality of the extruded electrode due to the timely removal of adhering metal ("shirt") from the matrix walls, and to increase the strength and operational properties of the extruded product.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе полунепрерывного прессования изделий из шихтовых материалов титановых сплавов, включающем засыпку шихты порциями в конусную матрицу, прессование и проталкивание изделия через матрицу шайбой с пресс-штемпелем за один проход, а также проталкивание через матрицу калибра, выполненного из сплава, соответствующего сплаву прессуемого изделия или из чистого титана, калибр выполнен из листового материала прямоугольного сечения, высота которого составляет 15-30 мм, толщина 10-40 мм, в виде полого замкнутого контура, наружный геометрический профиль которого идентичен профилю выходного сечения матрицы и превышает его габаритные размеры в 1,02-1,1 раза, калибры последовательно, после прессования очередных 3-10 порций шихты, размещаются с прессуемым материалом в матрице таким образом, что их боковая наружная поверхность устанавливается параллельно оси прессования и запрессовываются в тело электрода.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of semi-continuous pressing of products from charge materials of titanium alloys, including filling the charge in batches into a cone matrix, pressing and pushing the product through the matrix with a washer with a press stamp in one pass, as well as pushing through a gauge matrix made of the alloy corresponding to the alloy of the pressed product or pure titanium, the caliber is made of sheet material of rectangular cross section, the height of which is 15-30 mm, thickness 10-40 mm, in the form of closed closed loop, the external geometric profile of which is identical to the profile of the output section of the matrix and exceeds its overall dimensions by 1.02-1.1 times, the calibers in series, after pressing the next 3-10 portions of the charge, are placed with the pressed material in the matrix in such a way that their lateral outer surface is installed parallel to the axis of pressing and pressed into the body of the electrode.

Возможно также при прессовании электрода использовать калибр, выполненный в виде 1,1-2,1 витков спирали.It is also possible when pressing the electrode to use a gauge made in the form of 1.1-2.1 turns of a spiral.

Возможно также при прессовании электрода использовать калибр, выполненный в виде незамкнутого контура.It is also possible when pressing the electrode to use a gauge made in the form of an open loop.

Рабочие кромки калибров, используемых как в прототипе, так и в предлагаемом изобретении, однотипны и образованы одинаковыми поверхностями - нижней торцевой и наружной боковой. Механизм их работы одинаков - по мере продвижения по фильере матрицы режущая кромка калибра счищает налипший на стенки матрицы металл. Однако использование калибра из листового материала позволяет изготовлять их с геометрическими наружными размерами большими, чем дисковые (например: при прессовании электрода диаметром 600 мм листовой калибр превышает диаметр калибрующего отверстия матрицы до 60 мм, а дисковый максимально на 25 мм), это позволяет очищать от "рубашки" значительно большую конусную часть матрицы. При этом за счет податливости шихты, которая заполняет внутреннюю полость калибра, усилия при проталкивании калибра значительно ниже, а наружный контур с режущими кромками копирует внутреннюю поверхность матрицы. Усилия необходимые для деформации калибра в осевом направлении можно регулировать: для увеличения, выполняя калибр в виде концентрической спирали, а для уменьшения - в виде незамкнутого профиля. Возможность использования калибров непосредственно в процессе прессования электрода позволяет активно вмешиваться в технологический процесс, регулируя величину налипания шихтовых материалов на стенки матрицы "бороды". Результатом этого является снижение усилий прессования, повышение стойкости матрицы и пресс-штемпеля. Дополнительным, очень существенным положительным эффектом использования листовых калибров является упрочнения электродов. Запрессованный в электрод листовой калибр выполняет функцию обруча, повышая плотность запрессовки электрода и его прочность. Сечение металлической полосы, из которой изготовляются калибры (высота равна 15-30 мм, толщина 10-40 мм), подобрано опытным путем из условий сохранения достаточной жесткости калибра при минимальных затратах, состоящих из затрат на материал и трудоемкости изготовление калибров.The working edges of the calibers used both in the prototype and in the present invention are of the same type and are formed by the same surfaces - the lower end and outer side. The mechanism of their work is the same - as they move along the die of the matrix, the cutting edge of the caliber clears the metal adhered to the walls of the matrix. However, the use of a gauge from sheet material allows them to be made with geometric external dimensions larger than disk (for example: when pressing an electrode with a diameter of 600 mm, the sheet gauge exceeds the diameter of the gauge hole of the matrix up to 60 mm, and the disk maximum by 25 mm), this allows you to clean from shirts "significantly larger conical part of the matrix. Moreover, due to the flexibility of the charge, which fills the internal cavity of the caliber, the forces when pushing the caliber are much lower, and the outer contour with cutting edges copies the inner surface of the matrix. The forces necessary for deformation of the gauge in the axial direction can be adjusted: for increase, performing the gauge in the form of a concentric spiral, and for reduction - in the form of an open profile. The ability to use calibers directly in the process of pressing the electrode allows you to actively intervene in the process, adjusting the amount of adherence of charge materials to the walls of the matrix "beard". The result of this is a reduction in pressing forces, an increase in the resistance of the die and the stamp. An additional, very significant positive effect of the use of sheet gauges is the hardening of the electrodes. The sheet gauge pressed into the electrode acts as a hoop, increasing the density of the electrode insertion and its strength. The cross section of the metal strip from which the calibers are made (height is 15-30 mm, thickness 10-40 mm) is selected empirically from the conditions of maintaining sufficient caliber stiffness at minimal cost, consisting of the cost of the material and the complexity of manufacturing calibers.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 изображена схема прессования электрода, где 1 - калибр, 2 - матрица, 3 - электрод (готовое изделие), 4 - налипы металла (рубашка), 5 - пресс-шайба, 6 - пресс-штемпель, S - толщина листа калибра, В - высота листа калибра. На фиг.2 приведены типы калибров, где 7 - круговой, 8 - выполненный в виде спирали, 9 - прямоугольный, 10 - с незамкнутым контуром.The invention is illustrated by drawings, figure 1 shows a diagram of the pressing of the electrode, where 1 is a caliber, 2 is a matrix, 3 is an electrode (finished product), 4 are metal stuccos (shirt), 5 is a press washer, 6 is a stamp , S - caliber sheet thickness, B - caliber sheet height. Figure 2 shows the types of calibers, where 7 is circular, 8 is made in the form of a spiral, 9 is rectangular, 10 is with an open loop.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях прессового цеха плавильно-литейного завода при прессовании расходуемых электродов сплава Вт1-0 диаметром 515 мм, весом 3800 кгс, длиной 4800 мм из шихты с добавлением 15% возвратных отходов в виде обрези и стружки. Для удаления образующейся на стенках матрицы "рубашки" использовали калибры в виде полого круга наружным диаметром 560 мм, высотой 20 мм и толщиной 15 мм, изготовленные из титанового сплава ВТ1-0. Количество используемых калибров - 5 шт., калибры устанавливались в среднем после 7 запрессовок шихты.Implementation of the proposed method was carried out under industrial conditions of the press shop of the smelting and foundry when pressing consumable electrodes of the W1-0 alloy with a diameter of 515 mm, a weight of 3800 kgf, a length of 4800 mm from a charge with the addition of 15% return waste in the form of scrap and shavings. To remove the “shirt” formed on the matrix walls, we used gauges in the form of a hollow circle with an outer diameter of 560 mm, a height of 20 mm, and a thickness of 15 mm, made of VT1-0 titanium alloy. The number of calibers used is 5 pcs., Calibers were installed on average after 7 charge pressings.

Использование предлагаемого способа полунепрерывного прессования изделий обеспечивает получение электродов с допустимой кривизной и минимальными трещинами за счет своевременного и качественного удаления "рубашки" со стенок матрицы. Своевременное удаление "рубашки" позволяет устранить неравномерность прессования, что в дальнейшем улучшает параметры плавления электрода, повышает однородность структуры литого металла. Использование калибра повышает срок службы матрицы и пресс-шайбы за счет стабилизации режима прессования.Using the proposed method of semi-continuous pressing of products provides electrodes with acceptable curvature and minimal cracks due to the timely and high-quality removal of the "shirt" from the walls of the matrix. Timely removal of the "shirt" eliminates the unevenness of pressing, which further improves the melting parameters of the electrode, increases the uniformity of the structure of the cast metal. The use of caliber increases the life of the matrix and the press washer by stabilizing the pressing mode.

Claims

1. A method for the semi-continuous pressing of articles made of charge materials of titanium alloys, comprising filling the charge in portions into a cone die, pressing and pushing the article through the die with a washer with a press stamp in one pass, and pushing it through a die made of an alloy corresponding to the alloy of the pressed article or pure titanium, characterized in that the caliber is made of sheet material of rectangular cross section, the height of which is 15-30 mm, thickness 10-40 mm, in the form of a hollow closed loop, n the outer geometric profile of which is identical to the outer profile of the exit section of the matrix and exceeds its overall dimensions by 1.02-1.1 times, the gauges are sequentially after pressing the next 3-10 portions of the charge with the pressed material in the matrix so that their lateral outer surface is set parallel to the axis of pressing and pressed into the body of the electrode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the caliber is made in the form of 1.1-2.1 turns of a spiral.

3. The method according to claim 1, characterized in that the caliber is in the form of an open loop.