Мазмұны

4.7 Тұтас металдық титан және цирконий өндірісі

Титан мен Цирконийді балқыту
Губка немесе ұнтақ түрінде алынған, титан мен цирконийдің басым көпшілігі доғалы вакуумды балқыту арқылы тұтас дайындамаларға айналдыруға болады. Қазіргі уақытта балқыту әдісімен салмағы \(3\) тоннадан \(10\) тоннаға дейін титан дайындамалары және салмағы \(2\) тоннаға дейін цирконий дайындамалары алынады.
Тұтынылатын электродтар көбінесе пештің қатысуынсыз, \(0,2\)-\(0,4\) МПа қысыммен ұсақталған титан немесе цирконий губкасын (\(5\)-\(30\) мм бөліктердің өлшемдерімен) гидравликалық престерде басу арқылы алады. Цилиндрлік брикеттер күйдіру процесінде контактілі дәнекерлеу арқылы қажетті ұзындықтағы электродқа қосылады және доға пешінің камерасында электр тогы олар арқылы өтеді. Брикеттер пештің қатысынсыз аргонды доғалы әдіспен дәнекерленеді.
Ыстыққа төзімділікті арттыру, механикалық және коррозиялық қасиеттерді жақсарту үшін титанға бірқатар металдардың \(\text{(Mn, Al, Cr, V, Mo, Fe, Ni)}\) легірлеуші қоспалары енгізіледі. Осы мақсатта цирконий де қосылады (атап айтқанда, \(1,4\)-\(1,6\%\) \(\text{Sn}\), сондай-ақ \(\text{Fe, Cr, Ni}\) және т.б. шағын қоспалар енгізіледі). Бұл легірлеуші қоспаны тұтынылатын электродты престеуге түсетін губкамен араластырған жөн. Балқыту аймағына біркелкі берілетін легірлеуші компоненттерден таблеткалар жасау әдісі аз қанағаттанарлық болып есептеледі.
Доғалық балқыту кезінде метал балқытылған күйде аз мөлшерде бола болады, сондықтан легірлеуші қоспалардың таралуының біркелкілігін қамтамасыз ету қиын. Нәтижесінде, алынған құйманы тұтынылатын электрод ретінде пайдаланып, қайта балқыту жүргізіледі. Балқыту полярлыққа сәйкес тұрақты токта жүзеге асырылады: электрод-катод, балқыма-анод. Тұрақты токтың артықшылығы: доғаның тұрақтылығы. Сонымен қатар, бұл жағдайда электронды атқылаудың әсерінен, анодқа жұмсалатын доға энергиясының \(\frac{2}{3}\) бөлігі бөлінеді, бұл кристаллизатордағы сұйық металл көлемінің ұлғаюына ықпал етіп, біртекті құйма жасалынады. Титанды электронды сәулелік пештерде балқыту жоғары вакуумда металдың айтарлықтай булануына байланысты дамымаған.
Цирконий электронды сәулелік пештерде балқытылады. Балқыту процесінде цирконий оттегіден белгілі бір дәрежеде тазартылады, өйткені жоғары температурада цирконий оксидінің моно бу қысымы цирконий бу қысымынан екі ретке жоғары. Доғалы пеште балқытылған цирконийді электронды сәулелік балқытқанда цирконийдің қаттылығы \(\text{НВ}\) \(1300\)-ден \(950\) МПа-ға дейін төмендейді.
Ұнтақты металлургия әдісі
Бұл әдіс титан мен оның негізіндегі қорытпалардан дайындамалар мен бұйымдарды алу үшін және шектеулі дәрежеде цирконийден бұйымдар алу үшін қолданылады.
Титан ұнтағы металлургиясында титан губкасын ұнтақтау, титан диоксидін кальций гидридімен тотықсыздандыру, сондай-ақ титан қалдықтарын электролиттік тазарту арқылы алынған ұнтақтар қолданылады.
Титан ұнтағынан немесе оның гидридінен жасалған шағын дайындамалар \(350\)-\(800\) МПа қысыммен болат қалыптарда басылады. Салмағы \(50\)-\(100\) кг немесе одан жоғары дайындамалар гидростатикалық престеу арқылы басылады (\(1\) тарауды қараңыз).
Күйдіру \(\sim 1,3 \times 10^{-2} \, \text{Pa}\), \(1200\)-\(1400\) ℃ температурада вакуумда жүзеге асырылады. \(800\) ℃ температурада алтыбұрышты \(\alpha\)-модификацияның \(\beta\)-титан текшеге айналуы атомдардың қозғалғыштығын арттырады және күйдіру процесін жақсартады.
Титан гидридінен күйдірілген өнімдердің соңғы кеуектілігі (сутегі вакуумдық күйдіру кезінде толығымен жойылады), \(\sim 2\%\), сызықтық шөгу кезінде \(12\)-\(14\%\). Губканы ұнтақтау нәтижесінде алынған ірі ұнтақтармен жұмыс істеу кезінде сызықтық шөгу \(4\)-\(5\%\) байқалады. Тығыз металды алу үшін дайындаманы аралық сомдау (қысу) және қайта күйдіру қажет. Салмағы \(50\)-\(60\) кг болатын үлкен дайындамалар вакуумдық индукциялық пештерде қайнатылады.
Ұнтақты металлургия әдісімен алынған титанның механикалық қасиеттері доғалы пештерде балқытылған титанның қасиеттерінен ерекшеленбейді. Ұнтақты металлургия әдісімен титан қорытпаларын, титан ұнтақтарының қоспасынан жасалған дайындамаларды легірлеуші элемент ұнтағымен пресстеп, кейін дайындамаларды вакуумда күйдіру арқылы алуға болады.

Бақылау сұрақтары
1) Титан мен цирконийдің физикалық, химиялық қасиеттері
2) Титан, цирконий және гафнийдің қолдану салалары
3) Титан минералдары, кендері және концентраттары. Титан концентраттарын қайта өңдеу өнімдері
4) Титан тетрахлоридін өндіру технологиясы
5) Титан диоксидінің өндірісі
6) Цирконий диоксиді өндірісі
7) Цирконий тетрахлоридін алу технологиясы
8) Цирконий мен гафнийді бөліп алу әдістері
9) Цирконий тетрахлоридінің магниймен тотықсыздануы
10) Титан мен оның негізіндегі қорытпаларды электролиттік рафинирлеу
11) Титан мен цирконийді тазартудың йодидті әдісі
12) Цирконийді электролиз арқылы алу технологиясы