Определение необходимой твердости губчатого титана при введении в шихту отходов
Важнейшей задачей крупносерийного производства является получение партий определенного сплава с максимально однородными свойствами, для чего необходимо поддерживать содержание кислорода в слитках на уровне не выше регламентированного ГОСТ (0,15%). Введение в шихту отходов с повышенным содержанием кислорода может нарушить условие стабильности состава сплава по примесям внедрения.
Во избежание этого прирост содержания кислорода в слитках при введении в шихту отходов компенсируют применением губчатого титана, как второго компонента шихты, с соответственно меньшим содержанием кислорода, т. е. с меньшей твердостью (прочностью).
Выведем формулу для определения необходимого снижения прочности титановой губки при использовании в шихте отходов. Содержание кислорода
в слитке, выплавленном из шихты без отходов, т.е. только из губчатого титана с концентрацией кислорода Сг, как указывалось ранее (раздел 1), может быть определено по формуле (3):
Там же указывалось, что содержание кислорода в слитке, выплавленном только из отходов, определяется по формуле (4):
В слитке, для выплавки которого используют шихту, содержащую долю отходов N и губку с концентрацией кислорода Сго, отличной от содержание кислорода составит:
Но, по условию сохранения одинакового уровня содержания кислорода в слитках при любой шихтовке, должно быть равно
. Тогда, приравняв правые части уравнений для этих величин, получим:
После преобразований:
или, переходя к пределам прочности с использованием уравнения (2) из раздела 1.:
или
, (6)
где К - коэффициент упрочнения для данного вида отходов;
- предел прочности губчатого титана, используемого для выплавки слитков сплавов без добавления в шихту отходов (см. раздел 1.);
- предел прочности губчатого титана, используемого дли выплавки слитков сплавов с добавлением в шихту отходов.
Таким образом, для получения одинаковой прочности слитков, выплавляемых из шихты без отходов и с отходами, в последнем случае необходимо брать губку с меньшей прочностью. Понижение прочности губки пропорционально доле вводимых в шихту отходов N и коэффициенту упрочнения К, связанному с качеством отходов.
Очевидно, что при введении в шихту отходов различных классов необходимо учитывать коэффициент упрочнения и долю каждого класса отходов, т. е. выражение (6) примет вид:
или
(7)
где - коэффициенты упрочнения для различных классов отходов;
- соответствующие доли отходов этих классов в шихте, причем
.
Определив по формуле (7) требуемую прочность губчатого титана, используемого при выплавке слитков из шихты с добавлением в нее отходов, нетрудно перейти к твердости, которая является определяющим показателем качества губки. Для титана отношение твердости к пределу прочности равно 3,2 (более точно, = 0, 311 НВ+ 1, 63, где НВ- значение твердости по Бринеллю).
Тогда уравнение (7) примет вид:
(8)
Используя формулу (8), составляют таблицу стандартных шихтовок каждого сплава в введением в шихту разного количества различных отходов как отдельно, так и в их комбинации. Этой таблицей пользуются при составлении шихтовой нормали.
Таким образом, если при использовании в шихте отходов применяется та же губка, что и для выплавки сплава из шихты без отходов (т.е. губка с твердостью ), то в слитках будет накапливаться кислород. Если же применять губку с более низкой твердостью (
), значение которой определяется из соотношения (8), то при любом цикле обращения отходов кислород в слитках накапливаться не будет, и все слитки по содержанию кислорода, а следовательно, и по свойствам будут одинаковы.