RU2521184C1 - Production of intermediate blank from iridium - Google Patents
Production of intermediate blank from iridium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2521184C1 RU2521184C1 RU2013118601/02A RU2013118601A RU2521184C1 RU 2521184 C1 RU2521184 C1 RU 2521184C1 RU 2013118601/02 A RU2013118601/02 A RU 2013118601/02A RU 2013118601 A RU2013118601 A RU 2013118601A RU 2521184 C1 RU2521184 C1 RU 2521184C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iridium
- forging
- ingot
- temperature
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано в способах изготовления заготовок для изделий из иридия приданием заготовке предварительной требуемой формы ковкой.The invention relates to the metallurgy of noble metals and can be used in methods for the manufacture of blanks for products from iridium by giving the blank a preliminary desired shape by forging.
Промежуточные иридиевые заготовки, например прутки и пластины, востребованы для получения полуфабрикатов из иридия - проволоки, полос, дисков, предназначенных в качестве конечных заготовок для изготовления изделий, например из проволоки таких изделий, как наконечники свечей зажигания, элементы ламп накаливания, термопары, из полос - сварных конструкций (тиглей, котлов), а из дисков - деталей радиоактивных источников.Intermediate iridium blanks, such as rods and plates, are in demand for the preparation of semi-finished products from iridium - wire, strips, discs, intended as final blanks for the manufacture of products, for example, from wire products such as the tips of spark plugs, elements of incandescent lamps, thermocouples, from strips - welded structures (crucibles, boilers), and from disks - parts of radioactive sources.
Проблемой в получении качественной промежуточной заготовки из иридия является наличие в иридии даже незначительных примесных элементов, особенно такой примеси внедрения, как кислород, образующей с иридием ряд оксидов, в том числе наиболее устойчивого - двуокиси иридия. Примеси приводят к хрупкости иридия по границам зерен при пластической обработке металла для получения конечных заготовок и изделий из них, его потерям и снижению выхода годного.The problem in obtaining a high-quality intermediate billet from iridium is the presence of even minor impurity elements in iridium, especially such an interstitial impurity as oxygen, which forms a number of oxides with iridium, including the most stable - iridium dioxide. Impurities lead to brittleness of iridium along grain boundaries during plastic processing of metal to obtain final billets and products from them, its losses and reduced yield.
Промежуточная заготовка должна быть выполнена из высокочистого иридия, свободного от кислорода. В таком случае она хорошо обрабатывается, что позволяет выполнять из нее разнообразные изделия технического назначения, имеющие возможность эксплуатации без разрушений в сложных условиях высоких температур, знакопеременных нагрузок и химически активных сред. При этом получение таких заготовок должно быть экономически выгодны потребителю.The intermediate preform should be made of high purity iridium free of oxygen. In this case, it is well processed, which makes it possible to carry out a variety of technical products from it, which can operate without destruction in difficult conditions of high temperatures, alternating loads and chemically active environments. Moreover, the receipt of such blanks should be economically beneficial to the consumer.
Имеются сведения о том, что слиток из чистого иридия электронно-лучевой плавки может успешно использоваться в качестве заготовки для пластической деформации (журнал «Цветные металлы», 2000 г., №6, с.51 и 2001 г., №11, с.53).There is evidence that an ingot of pure iridium of electron beam melting can be successfully used as a billet for plastic deformation (journal "Non-ferrous metals", 2000, No. 6, p. 51 and 2001, No. 11, p. 53).
Однако известная информация не содержит уточнений вида пластической деформации и режимов ее осуществления.However, the known information does not specify the type of plastic deformation and the modes of its implementation.
Известен способ получения промежуточной заготовки и изделий из тугоплавких металлов (заявка СССР №2630431, МКИ В21В 19/00, оп. 1978 г. из описания а.с. СССР №1068183, МКИ В21В 3/00, з. 21.07.82., оп. 23.01.1984 г.), включающий механическую обработку поверхности слитка ее обточкой. Известно, что такой тугоплавкий металл, как иридий, образуя конденсированные оксиды на поверхности слитка, может в необточенном виде иметь раковины и поры. При обточке иридиевого слитка существенная часть металла, который очень сложно обтачивается, теряется в отходы, что снижает выход годного.There is a method of obtaining an intermediate billet and products from refractory metals (USSR application No. 2630431, MKI B21B 19/00, op. 1978 from the description of the USSR AS No. 1068183, MKI B21B 3/00, pp. 21.07.82., op. 23.01.1984), including machining the surface of the ingot with its turning. It is known that such a refractory metal as iridium, forming condensed oxides on the surface of the ingot, can have shells and pores in an unrefined form. When turning an iridium ingot, a significant part of the metal, which is very difficult to grind, is lost in waste, which reduces the yield.
Известен также способ получения промежуточных заготовок - прутков, из труднодеформируемых металлов (п. СССР №683606, МКИ В21С 37/04, з. 26.07.1974 г., оп. 30.08.1979 г.), в котором металл, подлежащий ковке, непосредственно перед ней тщательно очищается от окалины ее механическим дроблением с подачей воды под давлением. Это также приводит к потере такого труднодеформируемого металла, как иридий, и снижает выход годного.There is also a method of producing intermediate billets - rods, from hardly deformable metals (item USSR No. 683606, MKI VC 37/04, c. 07.26.1974, op. 08.30.1979), in which the metal to be forged directly before it is thoroughly cleaned of scale by mechanical crushing with the supply of water under pressure. This also leads to the loss of such a hard-to-deform metal as iridium, and reduces the yield.
Известен также способ получения промежуточной заготовки из иридия (книга, авторы Тимофеев Н.И., Ермаков А.В. и др. Основы металлургии и технологии производства изделий из иридия, Екатеринбург, УрО РАН, 1996 г., с.108). В данном способе после формирования иридиевой заготовки посредством ковки ее проваривают в царской водке для удаления загрязнений, внесенных на поверхность металла ковочным инструментом. При этом несмотря на то, что оксиды иридия плохо растворяются в царской водке, металл поковки теряется. Такое удаление конденсированных оксидов иридия с поверхности заготовки снижает, но полностью не исключает наличие кислорода в иридии, проникающего в слиток при ковке.There is also a method of obtaining an intermediate billet from iridium (book, authors Timofeev NI, Ermakov A.V. et al. Fundamentals of metallurgy and production technology of products from iridium, Yekaterinburg, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1996, p. 108). In this method, after the formation of the iridium billet by forging, it is boiled in aqua regia to remove impurities introduced to the metal surface by the forging tool. Moreover, despite the fact that iridium oxides are poorly soluble in aqua regia, the forging metal is lost. Such removal of condensed iridium oxides from the surface of the workpiece reduces, but does not completely exclude the presence of oxygen in iridium, penetrating the ingot during forging.
Известен также способ получения иридиевых изделий (п. США №5977695, МПК НОГТ 13/20, оп. 2.11.1999 г.), одним из этапов которого является формирование промежуточной заготовки. Способ включает горячую ковку иридиевого слитка с получением прутка.There is also known a method of producing iridium products (p. USA No. 5977695, IPC NOGT 13/20, op. 2.11.1999), one of the stages of which is the formation of an intermediate preform. The method includes hot forging an iridium ingot to produce a bar.
При высоких температурах горячей ковки за счет взаимодействия иридия с кислородом окружающего пространства, учитывая, что как перенос нагретого металла к кузнечному агрегату, так и ковка осуществляются на воздухе, содержащем свободный кислород (Справочник «Ковка и штамповка». М., Машиностроение, 1985 г., т. 1, с.217), потери металла возникают за счет образования устойчивых оксидов иридия.At high temperatures, hot forging due to the interaction of iridium with oxygen in the surrounding space, given that both the transfer of heated metal to the forging unit, and forging are carried out in air containing free oxygen (Handbook "Forging and stamping." M., Mechanical Engineering, 1985 ., t. 1, p.217), metal losses occur due to the formation of stable iridium oxides.
Известны также способы получения промежуточной заготовки из иридия также составляющие этапы получения иридиевых изделий (полезная модель РФ №95166, МПК G21G 4/06, оп. 10.06.2010 г. и полезная модель РФ №97067, МПК В21С 1/00, С22С 5/04, оп. 27.08.2010 г., в.з. Японии №2003-53419, МПК В21С 1/00, 3/14, 9/00, з. 22.08.2001 г., оп. 26.02.2003 г.).There are also known methods for producing an intermediate billet from iridium, also constituting the stages of obtaining iridium products (utility model of the Russian Federation No. 95166, IPC G21G 4/06, op. 10.06.2010 and utility model of the Russian Federation No. 97067, IPC B21C 1/00, C22C 5 / 04, op. August 27, 2010, Japanese high school No. 2003-53419, IPC В21С 1/00, 3/14, 9/00, s. 08.22.2001, op. 26.02.2003) .
В данных способах слиток нелегированного иридия подвергают горячей ковке с получением промежуточных заготовок и затем путем горячего проката или ротационной ковки из них получают конечные заготовки, используемые уже для изготовления изделий.In these methods, an unalloyed iridium ingot is subjected to hot forging to obtain intermediate blanks and then, by hot rolling or rotary forging, final blanks are obtained from them, which are already used for manufacturing products.
В известных способах применяют также операции отжига, однако ему подвергают уже конечные заготовки и в таком случае кислород в составе оксидов иридия, не удаляясь в начале процесса при изготовлении промежуточной заготовки иридия, остается в металле на всех последующих стадиях получения конечного изделия. Находясь в виде оксидных включений по границам зерен иридия, кислород вызывает охрупчивание металла, его потери и, как следствие, снижение выхода годного.In the known methods, annealing operations are also used, however, the final workpieces are already subjected to it, and in this case the oxygen in the composition of iridium oxides, without being removed at the beginning of the process in the manufacture of the intermediate iridium workpiece, remains in the metal at all subsequent stages of obtaining the final product. Being in the form of oxide inclusions along the boundaries of iridium grains, oxygen causes embrittlement of the metal, its loss and, as a result, a decrease in the yield.
Известен также способ получения промежуточной заготовки, а затем изделий из иридия, в который добавлен металл из ряда: цирконий, гафний, иттрий (в.з. Японии №4-323339, МПК С22С 5/04, з. 19.04.1991 г., оп. 12.11.1992 г.). Такие металлы по сравнению с иридием легко окисляются и позволяют избежать окисления самого иридия. Способ включает горячую ковку слитка иридия и непосредственно затем отжиг поковки. Однако образование оксидных фаз легирующих иридий металлов провоцирует возникновение охрупчивания сплава из-за возможного расположения их оксидов по границам зерен иридия, что приводит к его потерям.There is also a method of producing an intermediate preform, and then products from iridium, to which metal from the series: zirconium, hafnium, yttrium is added (Japanese high school No. 4-323339, IPC C22C 5/04, April 19, 1991, Op. 12.11.1992). Compared to iridium, such metals are easily oxidized and avoid the oxidation of iridium itself. The method includes hot forging an iridium ingot and then directly annealing the forgings. However, the formation of oxide phases of alloying metal iridium provokes the occurrence of embrittlement of the alloy due to the possible arrangement of their oxides along the boundaries of iridium grains, which leads to its loss.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения промежуточной заготовки из иридия, являющийся этапом производства иридиевой проволоки (в.з. Японии №7-268574, МПК В21С 1/00, В21С 37/04, B21J 5/00, з. 25.03.1994 г., оп. 17.10.1995 г.).The closest analogue adopted for the prototype is a method for producing an intermediate billet from iridium, which is the stage of production of iridium wire (Japanese high-voltage No. 7-268574, IPC V21C 1/00, V21C 37/04, B21J 5/00, c. 03/25/1994, op. 10/17/1995).
Способ включает горячую ковку слитка чистого, то есть нелегированного, иридия с последующим отжигом поковки. В известном способе нелегированный иридий представлен металлом, выплавленным в дуговой печи, горячую ковку которого осуществляют при единичном значении температуры 1500°С, а отжиг поковки выполняют при 1500°С в течение 0,5 ч.The method includes hot forging an ingot of pure, that is, undoped, iridium, followed by annealing the forgings. In the known method, unalloyed iridium is represented by metal smelted in an arc furnace, hot forging of which is carried out at a single temperature value of 1500 ° C, and the forging is annealed at 1500 ° C for 0.5 hours
Кроме того, известно, что горячая ковка осуществляется путем нагрева слитка, его деформации и охлаждения до температуры окружающего пространства, а также проведение ковки осуществляется на воздухе при переносе металла из нагревательной печи к кузнечному агрегату и при собственно ковке (Справочник «Ковка и штамповка»/ Ред. совет: Е.И. Семенов и др. М., Машиностроение, 1985 г., т. 1, с.217).In addition, it is known that hot forging is carried out by heating the ingot, its deformation and cooling to ambient temperature, and forging is carried out in air when transferring metal from the heating furnace to the forging unit and when forging itself (Forging and Stamping Handbook / Edited advice: E.I. Semenov et al. M., Mechanical Engineering, 1985, v. 1, p. 217).
Недостатком данного способа является невысокое качество промежуточной заготовки из-за насыщения металла при ковке свободным кислородом воздушной среды, образующим устойчивые оксиды иридия, которые придают металлу хрупкость, приводят к разрушению заготовки и потере иридия.The disadvantage of this method is the low quality of the intermediate billet due to saturation of the metal when forged with free oxygen in the air, forming stable iridium oxides, which make the metal brittle, lead to the destruction of the billet and loss of iridium.
Кроме того, полученный в дуговой печи иридий, хотя и является нелегированным, однако содержит достаточно большое количество примесей, в том числе и кислород, из-за загрязнения металла при наличии любой, требуемой для проведения процесса атмосферы и отсутствия вакуума в таком типе промышленных печей (Политехнический словарь. М., Советская энциклопедия, 1989 г., стр 165). При дальнейшей обработке слитка эти примеси также образуют соединения, разрушающие металл.In addition, iridium obtained in an arc furnace, although it is unalloyed, however, contains a rather large amount of impurities, including oxygen, due to metal contamination in the presence of any atmosphere required for the process and the absence of vacuum in this type of industrial furnace ( Polytechnical Dictionary. M., Soviet Encyclopedia, 1989, p. 165). Upon further processing of the ingot, these impurities also form compounds that destroy the metal.
Ковка металла в горячем состоянии, что необходимо для такого труднодеформируемого металла, как иридий, только усиливает процесс насыщения металла кислородом в связи с его усиленной диффузией при высокой температуре.Forging a metal in a hot state, which is necessary for such a hardly deformed metal as iridium, only enhances the process of metal saturation with oxygen due to its enhanced diffusion at high temperature.
Указание на единичное значение температуры ковки 1500°С без приведения температурного интервала ковки от максимальной температуры металла в печи до температуры окончания ковки не позволяет обеспечить полное прохождение пластической деформации. Это связано с потерей металлом тепла излучением в окружающую среду и теплопроводностью через инструмент при переносе слитка из нагревательной печи к ковочному агрегату, а также непосредственно при деформации иридия. При не полном укове слитка в металле возникают недопустимые искажения и значительные сегрегации примесей в отдельных объемах поковки.An indication of a single value of the forging temperature of 1500 ° C without bringing the temperature range of the forging from the maximum temperature of the metal in the furnace to the temperature of the end of the forging does not allow for the complete passage of plastic deformation. This is due to the loss of heat by the metal by radiation into the environment and thermal conductivity through the tool during the transfer of the ingot from the heating furnace to the forging unit, as well as directly during the deformation of iridium. If the ingot is not fully wound in the metal, unacceptable distortions and significant segregation of impurities in individual forging volumes occur.
При этом вблизи границ зерен деформированного, насыщенного кислородом иридия, возможно, возникает область, содержащая комплексы вакансий с кислородом, которые взаимодействуют с сегрегациями примесных атомов на границе зерен. При этом тормозится передвижение дислокаций, необходимых для пластической деформации. В результате в структуре иридия присутствует много зародышей трещин, которые сообщают иридию межкристаллитную хрупкость. Это приводит к разрушению иридия и его потерям.In this case, near the grain boundaries of the deformed, oxygen-saturated iridium, a region possibly appears that contains complexes of vacancies with oxygen that interact with segregation of impurity atoms at the grain boundary. In this case, the movement of the dislocations necessary for plastic deformation is inhibited. As a result, many nuclei of cracks are present in the structure of iridium, which impart intercrystalline fragility to iridium. This leads to the destruction of iridium and its losses.
Отжиг иридия является рекристаллизационным и осуществляется при высокой температуре - 1500°С, в течение 0,5 ч. Такая термообработка вызывает значительное увеличение размеров зерен, измельченных предшествующей ковкой и неравномерность их роста из-за наличия неодинаковых искажений в объеме поковки.Iridium annealing is recrystallization and is carried out at a high temperature of 1500 ° C for 0.5 h. Such heat treatment causes a significant increase in the size of grains crushed by the previous forging and uneven growth due to the presence of unequal distortions in the forging volume.
Кроме того, малое время отжига - 0,5 ч не позволяет присутствующему в поковке кислороду диффундировать в окружающую среду и такая вредная примесь внедрения остается в поковке, отрицательно воздействуя на ее свойства.In addition, a short annealing time of 0.5 h prevents the oxygen present in the forging from diffusing into the environment and such a harmful impurity of penetration remains in the forging, adversely affecting its properties.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение промежуточной заготовки из иридия со свойствами, обеспечивающими изготовление качественных иридиевых изделий, и при получении которой обеспечивается высокий выход годного.The problem to which the invention is directed is to obtain an intermediate billet from iridium with properties that ensure the manufacture of high-quality iridium products, and upon receipt of which a high yield is ensured.
Техническим результатом при использовании изобретения является снижение уровня кислорода в иридии промежуточной заготовки.The technical result when using the invention is to reduce the level of oxygen in the iridium of the intermediate preform.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения промежуточной заготовки из иридия, включающем горячую ковку слитка нелегированного иридия с последующим отжигом поковки, согласно изобретению горячую ковку слитка выполняют с понижением температуры от 2000°С до 1300°С в течение менее, чем 0,5 ч, а отжиг поковки проводят при температуре (1100÷1200)°С в вакууме 10-4÷10-5 мм рт.ст. путем ее нагрева со скоростью не более 150°С/ч от комнатной температуры до температуры отжига и выдерживают при этой температуре не менее 1 ч, при этом в качестве нелегированного иридия выбирают иридий электронно-лучевой плавки с содержанием не менее 99,95 масс.% основного компонента.The problem is achieved in that in the method for producing an intermediate billet from iridium, comprising hot forging an unalloyed iridium ingot with subsequent annealing of the forging, according to the invention, hot forging of an ingot is performed with decreasing temperature from 2000 ° C to 1300 ° C for less than 0.5 h, and the annealing of the forgings is carried out at a temperature of (1100 ÷ 1200) ° C in a vacuum of 10 -4 ÷ 10 -5 mm Hg by heating it at a rate of not more than 150 ° C / h from room temperature to the annealing temperature and kept at this temperature for at least 1 h, while irradiated electron-beam melting with a content of at least 99.95 wt.% is chosen as undoped iridium main component.
В заявляемом способе в силу неизбежности осуществления ковки иридиевого слитка на воздухе, в системе иридий - кислород образуются устойчивые оксиды в конденсированном виде. При температуре ковки, интервал которой соответствует интервалу пластического состояния поликристаллического иридия, время ковки выбрано менее 0,5 ч. Оно достаточно для формоизменения иридиевого слитка и получения поковки и необходимо, чтобы не допустить проникновения в металл значительного количества такой опасной примеси внедрения, как кислород. Этот технологический прием снижает образование оксидной фазы иридия.In the claimed method, due to the inevitability of forging the iridium ingot in air, in the iridium-oxygen system stable oxides are formed in condensed form. At the forging temperature, the interval of which corresponds to the interval of the plastic state of polycrystalline iridium, the forging time is chosen to be less than 0.5 hours. It is sufficient to shape the iridium ingot and obtain the forging, and it is necessary to prevent the penetration of a significant amount of such a dangerous interstitial impurity as oxygen into the metal. This technique reduces the formation of the oxide phase of iridium.
Проведение ковки с понижением температуры в интервале от 2000°С до 1300°С подразумевает осуществление операции от максимальной температуры нагрева металла в печи до температуры окончания его ковки. При этом верхний предел температурного интервала ковки не совпадает с истинной температурой начала ковки, а выше ее примерно на 200°С. Нижний предел температурного интервала ковки - это температура поковки в момент последнего удара молота. Потеря тепла металлом возникает при перемещении его из нагревательной печи на ковку и при деформации слитка.Carrying out forging with a decrease in temperature in the range from 2000 ° C to 1300 ° C implies an operation from the maximum temperature of heating the metal in the furnace to the temperature at which it is forged. In this case, the upper limit of the temperature range of forging does not coincide with the true temperature of the beginning of forging, but is higher by about 200 ° C. The lower limit of the temperature range of the forging is the temperature of the forging at the time of the last hammer hit. Heat loss by metal occurs when it is moved from the heating furnace to forging and during the deformation of the ingot.
Заявляемый широкий температурный интервал ковки установлен экспериментально и обеспечивает проведение пластической деформации иридия в полном объеме, а также наилучшую структуру и свойства металла поковки. Верхний предел температурного интервала ковки более 2000° приводит к резкому увеличению размера зерна иридия ввиду перегрева металла и снижению его пластичности. Окончание процесса ковки ниже 1300°С нежелательно, поскольку при такой температуре иридий утрачивает способность к пластической деформации и хрупко разрушается.The inventive wide temperature range of forging is established experimentally and provides the full plastic deformation of iridium, as well as the best structure and properties of the metal forgings. The upper limit of the forging temperature range of more than 2000 ° leads to a sharp increase in the size of the iridium grain due to overheating of the metal and a decrease in its ductility. The end of the forging process below 1300 ° C is undesirable, since at this temperature iridium loses its ability to plastic deformation and brittlely breaks.
Проведение ковки слитка в течение времени менее 0,5 ч позволяет снизить поступление свободного кислорода в иридий, как на его поверхность, так и в объем, что облегчает удаление кислорода из иридия при последующем отжиге.Carrying out the forging of the ingot for a time of less than 0.5 h makes it possible to reduce the supply of free oxygen to iridium both on its surface and in its volume, which facilitates the removal of oxygen from iridium during subsequent annealing.
Увеличение времени ковки более чем на 0,5 ч приводит к усиленному насыщению поковки кислородом и образованию оксидов иридия на поверхности и внутри поковки иридия в недопустимых количествах для полной очистки металла от кислорода при последующем отжиге.An increase in the forging time by more than 0.5 hours leads to increased saturation of the forgings with oxygen and the formation of iridium oxides on the surface and inside the forgings of iridium in unacceptable amounts for the complete purification of metal from oxygen during subsequent annealing.
Осуществление отжига поковки в вакууме 10-4÷10-5 при температуре (1100÷1200)°С позволяет почти полностью удалить из поковки кислород. В этих условиях оксиды иридия диссоциируют, в том числе и наиболее устойчивый из них - в форме двуокиси иридия. При этом границы зерен освобождаются от соединений кислорода, происходит разблокировка дислокации, залечивание трещин, которые способны развиваться при достижении критических напряжений в случае изготовления из заготовки изделий. Межкристаллитная хрупкость в отожженной поковке не наблюдается, что способствует сохранению металла промежуточной заготовки и повышению выхода годного.The annealing of the forgings in a vacuum of 10 -4 ÷ 10 -5 at a temperature of (1100 ÷ 1200) ° C allows you to almost completely remove oxygen from the forgings. Under these conditions, iridium oxides dissociate, including the most stable of them - in the form of iridium dioxide. At the same time, grain boundaries are exempted from oxygen compounds, dislocation is unlocked, cracks are healed, which can develop when critical stresses are reached in the case of products being manufactured from the workpiece. Intergranular fragility in the annealed forgings is not observed, which contributes to the preservation of the metal of the intermediate billet and increase the yield.
При температуре отжига менее нижнего значения заявляемого температурного интервала диссоциации многих оксидов иридия не наблюдается, металл является хрупким, разрушается и теряется при изготовлении как промежуточной заготовки, так и изделий из нее.When the annealing temperature is less than the lower value of the claimed temperature range, the dissociation of many iridium oxides is not observed, the metal is brittle, is destroyed and lost during the manufacture of both the intermediate billet and its products.
Следует отметить, что при отжиге иридия в условиях заявляемой температуры осуществляется рекристаллизация деформированной при ковке структуры иридия, сопровождающаяся снятием напряжений и образованием зерен иридия малого размера. Это сообщает металлу заготовки уровень свойств, необходимый и достаточный для изготовления из нее качественных изделий.It should be noted that during annealing of iridium under the conditions of the claimed temperature, the iridium structure deformed during forging is recrystallized, which is accompanied by stress relief and the formation of small iridium grains. This tells the workpiece metal the level of properties necessary and sufficient for the manufacture of high-quality products from it.
При отжиге поковки при температуре выше заявляемой, происходит собирательная рекристаллизация металла, сопровождающаяся значительным ростом зерен иридия, что вызывает его охрупчивание, повышение способности к выкрашиванию и потерю металла.When annealing the forgings at a temperature higher than declared, a collective recrystallization of the metal occurs, accompanied by a significant increase in iridium grains, which causes its embrittlement, increased ability to spall and loss of metal.
При этом медленный нагрев поковки при отжиге от комнатной температуры со скоростью не более 150°С/ч и выдержка поковки при температуре отжига не менее 1 ч активизируют процесс диссоциации оксидов иридия и освобождения его от кислорода. Увеличение скорости нагрева поковки и уменьшение времени ее выдержки при температуре отжига активно замедляют процесс удаления кислорода, чем ухудшают свойства заготовки.In this case, slow heating of the forgings during annealing from room temperature at a rate of no more than 150 ° C / h and holding the forgings at annealing temperature of at least 1 h activate the process of dissociation of iridium oxides and its liberation from oxygen. An increase in the rate of heating of the forgings and a decrease in their exposure time at the annealing temperature actively slow down the process of oxygen removal, which worsens the properties of the workpiece.
Выбор в качестве металла заготовки иридия, полученного путем электронно-лучевой плавки, позволяет использовать метал высокой плотности, чистоты и с очень малым содержанием газовых примесей, в том числе кислорода, что позволяет прогнозировать получение поковки, почти свободной от этой вредной примеси внедрения и избежать ее отрицательных последствий.The choice of iridium billets obtained by electron beam melting as a metal makes it possible to use metal of high density, purity and with a very low content of gas impurities, including oxygen, which makes it possible to predict the formation of forgings that are almost free of this harmful impurity penetration and avoid it negative consequences.
При этом выбирают иридий с содержанием не менее 99,95 масс.% основного компонента, что соответствует состоянию иридия после глубокой очистки при электронно-лучевой плавке, всегда проводимой в высоком вакууме.In this case, iridium is selected with a content of not less than 99.95 wt.% Of the main component, which corresponds to the state of iridium after deep cleaning by electron beam melting, always carried out in high vacuum.
Таким образом, уменьшение такой вредной примеси внедрения, как кислород, позволяет получить промежуточную заготовку из высокочистого иридия, отвечающую требованиям изготовления из нее изделий, работающих в сложных условиях эксплуатации. Заявляемые режимы операций являются необходимыми и достаточными для реализации задачи изобретения.Thus, the reduction of such a harmful interstitial impurity as oxygen makes it possible to obtain an intermediate preform from high-purity iridium that meets the requirements for the manufacture of products working under difficult operating conditions. The inventive modes of operations are necessary and sufficient to implement the objectives of the invention.
Все рассмотренные признаки, отличные от признаков прототипа, и вместе с общими для данных объектов признаками, обеспечивают получение указанного технического результата, поэтому заявляемое изобретение является новым.All the considered features that are different from the features of the prototype, and together with the features common to these objects, provide the specified technical result, therefore, the claimed invention is new.
Предлагаемое изобретение соответствует изобретательному уровню. Рассматривая совокупность его существенных признаков, можно отметить, что они не следуют явным образом из известного уровня техники. Поскольку отличительные признаки представляют собой количественные характеристики изобретения, то такие признаки не могут рассматриваться в отрыве от признака, к которому они относятся и в отрыве от объекта в целом. Учитывая это, следует отметить, что среди объектов того же назначения известной технологии с той же совокупностью существенных признаков не обнаружено.The present invention corresponds to an inventive step. Considering the totality of its essential features, it can be noted that they do not follow explicitly from the prior art. Since the distinguishing features are quantitative characteristics of the invention, such features cannot be considered in isolation from the feature to which they relate and in isolation from the subject as a whole. Given this, it should be noted that among the objects of the same purpose there is no known technology with the same set of essential features.
Операции способа, их последовательность в сочетании с особым материалом, на который направлены операции способа, режимы осуществления операций обеспечивают взаимную связь и взаимное влияние признаков способа, благодаря которому достигается новый технический результат.The operations of the method, their sequence in combination with the special material to which the operations of the method are directed, the modes of operations provide mutual communication and mutual influence of the features of the method, due to which a new technical result is achieved.
Возможность осуществления изобретения и использования его в промышленных условиях позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость». Для подтверждения возможности осуществления изобретения приводим пример реализации способа.The possibility of implementing the invention and its use in an industrial environment allows us to conclude that it meets the criterion of "industrial applicability". To confirm the possibility of carrying out the invention, we give an example implementation of the method.
Брали исходный для получения промежуточной заготовки иридиевый слиток массой 6 кг с содержанием иридия 99,96 масс.% и кислорода 0,005 масс.%.We took the initial to obtain an intermediate billet iridium ingot weighing 6 kg with a content of iridium of 99.96 wt.% And oxygen of 0.005 wt.%.
Слиток предварительно получали с использованием двойной электронно-лучевой плавки на установке С-3176 с медным водоохлаждаемым кристаллизатором в условиях вакуума 10-4 мм рт.ст. При этом первую плавку иридия проводили в горизонтальном кристаллизаторе - «лодочке», а затем полученный слиток передавали на электронно-лучевую плавку с вертикальным положением кристаллизатора при его диаметре 50 мм. Иридий после такой проведенной глубокой очистки содержал 99,96 масс.% иридия и 0,005 масс.% кислорода. Затем слиток нелегированного иридия помещали в индукционную печь марки ВЧГЗ-160/0,066 и нагревали до температуры 2000°С, которую определяли инфракрасным пирометром с термоскопом - 300-2С-ВТ1, имеющим диапазон измерений (1000÷2000)°С.The ingot was preliminarily obtained using double electron beam melting on a C-3176 installation with a water-cooled copper crystallizer under a vacuum of 10 -4 mm Hg. In this case, the first melting of iridium was carried out in a horizontal “boat” crystallizer, and then the obtained ingot was transferred to electron beam melting with a vertical position of the mold with its diameter of 50 mm. After such a deep purification, iridium contained 99.96 wt.% Iridium and 0.005 wt.% Oxygen. Then, an unalloyed iridium ingot was placed in an induction furnace of the VChGZ-160 / 0,066 brand and heated to a temperature of 2000 ° C, which was determined by an infrared pyrometer with a 300-2C-VT1 thermoscope with a measurement range of (1000 ÷ 2000) ° C.
Вслед за этим переносили слиток иридия из нагревательной печи к пневматическому молоту марки МА 4132. Горячую ковку слитка иридия производили свободной на воздухе с понижением температуры слитка от 2000°С до 1300°С в течение 0,4 ч.Following this, the iridium ingot was transferred from the heating furnace to the MA 4132 brand pneumatic hammer. Hot forging of the iridium ingot was made free in air with a decrease in the ingot temperature from 2000 ° C to 1300 ° C for 0.4 h.
Ковку осуществляли по схеме изготовления поковки осадкой и протяжкой за несколько проходов с получением прутка (10×10×500) мм.Forging was carried out according to the scheme for the manufacture of forgings by draft and broaching in several passes to obtain a bar (10 × 10 × 500) mm.
Величину укова и необходимое количество проходов определяли по периодическому измерению уменьшающейся толщины поковки металлической линейкой, изготовленной согласно ГОСТ 427, а также визуально по цвету металла и отсутствию трещин на поверхности слитка.The size of the yoke and the required number of passes were determined by periodically measuring the decreasing thickness of the forgings with a metal ruler made according to GOST 427, as well as visually by the color of the metal and the absence of cracks on the surface of the ingot.
Ковку осуществляли глубокой путем равномерной проработки литой структуры по всему сечению поковки. Величина укова, определяемая отношением площадей поперечного сечения исходного слитка и промежуточной заготовки в форме прутка, составила 19,6. После этого поковка охлаждалась на воздухе до температуры окружающего пространства - комнатной темературы 20°С.Forging was carried out deep by uniformly working out the cast structure throughout the cross section of the forging. The size of the yoke, determined by the ratio of the cross-sectional areas of the original ingot and the intermediate stock in the form of a bar, was 19.6. After that, the forging was cooled in air to an ambient temperature of 20 ° C room temperature.
Затем проводили проварку поковки в царской водке для удаления с ее поверхности соединений железа, возникших из-за воздействия на нее стальных бойков молота. Вслед за этим осуществляли отжиг поковки при 1200°С в вакууме 10-5 мм рт.ст. с выдержкой при этой температуре 1 ч. Для этого поковку размещали в вакуумной электропечи СНВЭ-28/16 и медленно нагревали от комнатной температуры до 1200°С со скоростью 150°С/ч. При достижении заданной температуры отжига поковку выдерживали в печи 1 ч. Вслед за этим поковку медленно охлаждали также со скоростью 150°С/ч до температуры 100°С.Then forging was carried out in aqua regia to remove iron compounds from its surface that arose due to the action of steel hammer hammers on it. Following this, the forgings were annealed at 1200 ° C in a vacuum of 10 -5 mm Hg. with exposure at this temperature for 1 h. For this, the forging was placed in a vacuum electric furnace SNVE-28/16 and slowly heated from room temperature to 1200 ° C at a rate of 150 ° C / h. Upon reaching the set annealing temperature, the forgings were kept in the furnace for 1 hour. Following this, the forgings were also slowly cooled at a rate of 150 ° C / h to a temperature of 100 ° C.
В связи с тем, что температура отжига и значения вакуума представлены неширокими интервалами значений, приводим один пример реализации заявляемого способа.Due to the fact that the annealing temperature and vacuum values are represented by narrow ranges of values, we give one example of the implementation of the proposed method.
Определение содержания кислорода в исходном слитке иридия, а также в поковке как до, так и после ее отжига, то есть в промежуточной заготовке, проводили методом восстановительного плавления в вакууме.The oxygen content in the initial iridium ingot, as well as in the forging both before and after its annealing, that is, in the intermediate billet, was determined by the method of reductive melting in vacuum.
Определение содержания иридия и примесей (за исключением кислорода): платины, палладия, родия, рутения, золота, железа, свинца, кремния, бария, никеля, меди, алюминия, проводили методом спектрального анализа.The determination of iridium and impurities (excluding oxygen): platinum, palladium, rhodium, ruthenium, gold, iron, lead, silicon, barium, nickel, copper, aluminum, was carried out by spectral analysis.
Измерение твердости поковки после отжига проводили на установке для измерения твердости по Виккерсу марки ZWIK/Roel ZHV10, она составила 250 МПа.The hardness of the forgings after annealing was measured on a Zwik / Roel ZHV10 Vickers hardness tester, it was 250 MPa.
Качество поверхности заготовки определяли внешним осмотром без применения увеличительных приборов, при этом поверхность не имела плен, трещин, раковин.The surface quality of the workpiece was determined by external inspection without the use of magnifying devices, while the surface had no captivity, cracks, shells.
Выход годного определяли по отношению веса металла конечного продукта к весу исходного слитка.The yield was determined by the ratio of the weight of the metal of the final product to the weight of the original ingot.
Полученные данные по содержанию иридия, а также кислорода и остальных примесей в исходном слитке и продуктах обработки - поковке и промежуточной заготовке, были занесены в таблицу.The obtained data on the content of iridium, as well as oxygen and other impurities in the initial ingot and processing products - forging and intermediate billet, were listed in the table.
Содержание химических элементов (масс.%) в исходном слитке и продуктах обработкиThe content of chemical elements (wt.%) In the original ingot and processing products
Из таблицы видно, что при изготовлении поковки из исходного слитка при заявляемых режимах термомеханической обработки иридий насыщается кислородом. При этом за счет образования оксидов содержание иридия в поковке уменьшается.The table shows that in the manufacture of forgings from the original ingot with the claimed modes of thermomechanical processing, iridium is saturated with oxygen. Moreover, due to the formation of oxides, the iridium content in the forging decreases.
В результате же последующего отжига поковки в полученной промежуточной заготовке содержание кислорода уменьшается и становится даже менее, чем в исходном слитке. В то же время количество иридия в промежуточной заготовке за счет диссоциации его оксидов возрастает до значения, превышающего его первоначальное в исходном слитке. Кроме того, содержание остальных примесей в исходном слитке, поковке и промежуточной заготовке остается постоянным.As a result of subsequent annealing of the forgings in the obtained intermediate billet, the oxygen content decreases and becomes even less than in the original ingot. At the same time, the amount of iridium in the intermediate preform due to the dissociation of its oxides increases to a value exceeding its original in the original ingot. In addition, the content of the remaining impurities in the initial ingot, forging and intermediate billet remains constant.
Следовательно, конечным продуктом термомеханической обработки является качественная заготовка с высоким содержанием иридия, чистая по кислороду и остальным примесям.Therefore, the end product of thermomechanical processing is a high-quality workpiece with a high content of iridium, pure in oxygen and other impurities.
Показателем, характеризующим качество заготовки, является твердость иридия, которая должна быть достаточна, чтобы избежать царапин, трещин, сколов, раковин и расслоений в связи с тем, что эти дефекты в обязательном порядке должны отсутствовать в изделиях из иридия согласно межгосударственного стандарта ГОСТ 19351-2006 на проволоку, техническим условиям и стандартам организации ЗАО «УРАЛИНТЕХ» на полосы, диски, мишени для установок магнетронного распыления, аноды, изделия кубической формы.An indicator characterizing the quality of the workpiece is the hardness of iridium, which should be sufficient to avoid scratches, cracks, chips, shells and delaminations due to the fact that these defects must be absent in products made of iridium according to the interstate standard GOST 19351-2006 on wire, technical specifications and standards of the organization of URALINTECH CJSC for strips, disks, targets for magnetron sputtering installations, anodes, cubic shaped products.
Следует отметить, что твердость конечной продукции в виде проволоки по способу-прототипу составляющая, (580-620) МПа по Виккерсу, значительно выше твердости промежуточной заготовки в виде прутка по заявляемому способу, равной 250 МПа по Виккерсу. Однако это связано с усиленной термомеханической обработкой прутка для изготовления из него проволоки. Осуществление в известном способе более 17 операций: деформаций и отжигов, улучшает качество конечного изделия - проволоки. На этапе же получения промежуточной заготовки по способу-прототипу насыщенный кислородом иридий склонен иметь пониженные механические свойства.It should be noted that the hardness of the final product in the form of a wire according to the prototype method is component, (580-620) MPa according to Vickers, significantly higher than the hardness of the intermediate billet in the form of a rod according to the claimed method, equal to 250 MPa according to Vickers. However, this is due to the enhanced thermomechanical processing of the bar for the manufacture of wire from it. The implementation of the known method for more than 17 operations: deformation and annealing, improves the quality of the final product - wire. At the stage of obtaining the intermediate billet according to the prototype method, oxygenated iridium is prone to have reduced mechanical properties.
При сопоставлении этого показателя качества заготовки по новому способу с показателем проволоки по способу, раскрытому в полезной модели РФ №97067, МПК В21С 1/00, С22С 5/04, оп. 27.08.2010 г, следует отметить, что повышенная твердость последней - 387 МПа по Виккерсу, обусловлена специально созданной в иридии проволоки волокнистой структурой.When comparing this quality indicator of the workpiece according to the new method with the indicator of wire according to the method disclosed in the utility model of the Russian Federation No. 97067, IPC V21C 1/00, C22C 5/04, op. August 27, 2010, it should be noted that the increased hardness of the latter - 387 MPa according to Vickers, is due to the fibrous structure specially created in iridium wire.
При этом при сравнении твердости промежуточной заготовки, полученной по предлагаемому способу с твердостью проволоки по международному стандарту ГОСТ 13099-2006, утв. 01.07.2007, с.3, можно отметить, что твердость новой промежуточной заготовки находится на уровне известной стандартной величины - 272 МПа по Виккерсу.Moreover, when comparing the hardness of the intermediate billet obtained by the proposed method with the hardness of the wire according to the international standard GOST 13099-2006, approved. July 1, 2007, p.3, it can be noted that the hardness of the new intermediate billet is at the level of the known standard value - 272 MPa according to Vickers.
Высокие показатели новой продукции связаны с операциями предлагаемого способа, направленными на особый металл - полученный путем электронно-лучевой плавки высокочистый нелегированный иридий с низким содержанием кислорода, проведением формообразования поковки в режиме ковки, сдерживающем насыщение поковки кислородом, и окончательный отжиг поковки при условиях максимального удаления кислорода из конечной продукции.High rates of new products are associated with the operations of the proposed method, aimed at a special metal - obtained by electron beam melting high-purity undoped iridium with a low oxygen content, forging forging in the forging mode, which restrains the forging with oxygen, and the final annealing of the forging under conditions of maximum oxygen removal from the final product.
При этом созданная в промежуточной заготовке мелкокристаллическая структура со свободными от оксидных включений границами зерен позволяет не допускать разрушения металла заготовки, потерь такого дорогого и дефицитного благородного металла, как иридий, и обеспечить высокий выход годного - 95%, при изготовлении заготовки.At the same time, a fine-crystalline structure created in the intermediate preform with grain boundaries free of oxide inclusions allows grain boundaries to be prevented from being destroyed, such an expensive and scarce noble metal as iridium to be lost, and a high yield of 95% can be ensured in the manufacture of the preform.
Предлагаемый способ отвечает тенденциям современной промышленности, являясь металлосберегающей технологией.The proposed method meets the trends of modern industry, being a metal-saving technology.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013118601/02A RU2521184C1 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Production of intermediate blank from iridium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013118601/02A RU2521184C1 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Production of intermediate blank from iridium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2521184C1 true RU2521184C1 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=51218156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013118601/02A RU2521184C1 (en) | 2013-04-22 | 2013-04-22 | Production of intermediate blank from iridium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2521184C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633203C2 (en) * | 2015-12-09 | 2017-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Объединение "Металлы Урала" | Metallic iridium articles production method |
| RU186491U1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-01-22 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | GAS TURBINE ENGINE CANDLE |
| RU2678860C1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Gas turbine engine spark plug |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95166U1 (en) * | 2010-01-19 | 2010-06-10 | Закрытое Акционерное Общество "Уральские Инновационные Технологии" (ЗАО "УРАЛИНТЕХ") | GAMMA RADIATION BASE FOR THE CORE OF THE IRIDIUM-BASED GAMMA RADIATION |
| RU97067U1 (en) * | 2010-04-09 | 2010-08-27 | Закрытое Акционерное Общество "Уральские Инновационные Технологии" (ЗАО "УРАЛИНТЕХ") | IRIDIUM WIRE |
| RU2422547C1 (en) * | 2008-02-27 | 2011-06-27 | Танака Кикинзоку Когио К.К. | Iridium alloy with super hardness, prossessability and anti-contaminating properties |
-
2013
- 2013-04-22 RU RU2013118601/02A patent/RU2521184C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2422547C1 (en) * | 2008-02-27 | 2011-06-27 | Танака Кикинзоку Когио К.К. | Iridium alloy with super hardness, prossessability and anti-contaminating properties |
| RU95166U1 (en) * | 2010-01-19 | 2010-06-10 | Закрытое Акционерное Общество "Уральские Инновационные Технологии" (ЗАО "УРАЛИНТЕХ") | GAMMA RADIATION BASE FOR THE CORE OF THE IRIDIUM-BASED GAMMA RADIATION |
| RU97067U1 (en) * | 2010-04-09 | 2010-08-27 | Закрытое Акционерное Общество "Уральские Инновационные Технологии" (ЗАО "УРАЛИНТЕХ") | IRIDIUM WIRE |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633203C2 (en) * | 2015-12-09 | 2017-10-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Объединение "Металлы Урала" | Metallic iridium articles production method |
| US10717150B2 (en) | 2015-12-09 | 2020-07-21 | OOO NPO “Metally Urala” | Method for producing articles from iridium metal |
| RU186491U1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-01-22 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | GAS TURBINE ENGINE CANDLE |
| RU2678860C1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Gas turbine engine spark plug |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mikhaylovskaya et al. | A high-strength aluminium-based alloy with advanced superplasticity | |
| CN106191525B (en) | A kind of high strength erosion resistant titanium alloy and preparation method | |
| TWI390046B (en) | Dotiertes iridium mit verbesserten hochtemperatureigenschaften | |
| JP5420609B2 (en) | Titanium target for sputtering | |
| RU2644830C2 (en) | Manufacturing method of bar stock from alloys based on titanium intermetallide with ortho-phase | |
| KR20170068431A (en) | Magnesium alloy, magnesium alloy sheet, magnesium alloy structural member, and method for producing magnesium alloy | |
| RU2521184C1 (en) | Production of intermediate blank from iridium | |
| Guimarães et al. | Influence of yttrium addition on the microstructural evolution and mechanical properties of superalloy 718 | |
| KR20160131076A (en) | Metal wire rod composed of iridium or iridium alloy | |
| Shurkin et al. | Formation of the structure of thin-sheet rolled product from a high-strength sparingly alloyed aluminum alloy “nikalin” | |
| CN115011894A (en) | Production method of TB3 titanium alloy cold-rolled wire for fastener | |
| US10047415B2 (en) | Metallic wire rod comprising iridium-containing alloy | |
| TW201923101A (en) | Corrosion-resistant CuZn alloy | |
| CN108893654A (en) | A kind of full α phase fine grain high-strength anticorrosion titanium alloy and preparation method thereof | |
| Bystrzycki et al. | Grain boundary character distribution in B2 intermetallics | |
| JP6536317B2 (en) | α + β-type titanium alloy sheet and method of manufacturing the same | |
| KR102631715B1 (en) | Manufacturing method of zirconium alloy pipe | |
| CN114032375A (en) | Processing method of super 13Cr stainless steel forged material | |
| JPWO2017179652A1 (en) | Manufacturing method for titanium alloy and watch exterior parts | |
| JP6185347B2 (en) | Intermediate material for splitting Ni-base superheat-resistant alloy and method for producing the same, and method for producing Ni-base superheat-resistant alloy | |
| JP5382518B2 (en) | Titanium material | |
| US7749433B2 (en) | High-hardness palladium alloy for use in goldsmith and jeweller's art and manufacturing process thereof | |
| RU2800089C1 (en) | Method for heat treatment of intermetallic titanium ortho-alloys | |
| RU2807260C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING BRONZE RODS “БрХ08” | |
| Bystrzycki et al. | Structure and hardness of explosively loaded FeAl intermetallic alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190423 |