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 С_г, 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 С_го, 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.