Ковка ванадия

Температура плавления ванадия 1900_-^{+ 25}° С, плотность — 6,11 г/см³ (6110 кг/м³), температура начала рекристаллизации 750-800° С.

Ванадий применяют для изготовления деталей химической аппаратуры. В атомной технике листовой материал, а также ванадиевые тонкостенные трубки используют в реакторах при температурах 300—400° С.

Легирование ванадия производят добавлением алюминия, хрома, молибдена, железа, никеля, кремния, титана и циркония. Наиболее пластичными и перспективными являются сплавы с добавками титана и циркония. У тройных ванадиевых сплавов пределы прочности выше.

Ванадий и его сплавы обрабатывают ковкой на молотах, прессах и ротационно-ковочных машинах. Ковкой изготовляют заготовки для последующего прессования, прокатки или волочения. В качестве исходного материала для заготовок применяют слитки, выплавленные дуговой плавкой, реже — спеченные заготовки. Плавку ведут в атмосфере гелия, аргона или в высоком вакууме. Индукционная плавка ванадия затрудняется вследствие его способности восстанавливать тугоплавкие окислы при взаимодействии с тиглем.

Вредными примесями для ванадия являются азот, кислород, водород. Особенно трудно удаляются азот и кислород. Высокая чистота слитка достигается электроннолучевой плавкой, которая обеспечивает содержание в металле кислорода не более 0,0045%, водорода 0,003% и железа 0,043%.

В деформируемом ванадии суммарное содержание азота и кислорода не должно превышать 0,2% по весу.

Слитки отливают с размерами диаметром до 150 мм при длине до 460 мм.

Разрезку нелегированного ванадия на заготовки можно производить дисковыми пилами или другим режущим инструментом по режимам резки меди или нержавеющей стали. Чистота поверхности при обточке достигается большой скоростью резания при малой подаче и смазкой, керосином. Обработку поверхностей и резку высоколегированных сплавов можно производить абразивными кругами.

Температура начала ковки ванадия 1000—1450° С. Меньшая температура относится к нелегированному ванадию, а большая (1450° С) — к тройным сплавам типа V + 40% Ti + 5% АI и другим.

Заканчивают ковку при температуре около 800° С.

Пластичность и незначительная упрочняемость ванадия позволяют деформировать его также и при температурах ниже рекристаллизационных.

Газонасыщение ванадия при нагреве предотвращают применением оболочек из нержавеющей или мягкой углеродистой стали. Оболочку перед герметичной заваркой продувают чистым аргоном. Поскольку оболочка затрудняет точное определение толщины поковки и обнаружение трещин в ней, возникающих в процессе ковки, бывает целесообразно вести ковку без оболочек с нагревом в муфельных газовых или электрических печах в защитных атмосферах.

Можно предохранять ванадий от газонасыщения обмазкой из смеси окислов натрия, бора и кремния, имеющей температуру плавления 600—1200° С. Эти окислы находятся во время ковки в жидком состоянии, растекаются по поверхности поковки и защищают металл от соприкосновения с воздухом. С остывшей поковки окислы удаляют обдиркой, пескоструйной очисткой или травлением.

Нагрев и ковку можно производить и без защиты, особенно если деформировать ванадий при температурах ниже рекристаллизанионных. Окисление ванадия начинает, возрастать только при нагреве до температуры 300—400° С. Быстрый нагрев и ковку без защиты металла, особенно крупных слитков, можно осуществлять и при повышенных температурах, поскольку с температуры 750° С и выше на металле возникает окисленный слой (V205), затрудняющий диффундирование кислорода в глубь металла.

Толщина поверхностного слоя ванадия, загрязненного примесями, составляет около 0,5 мм. Этот слой имеет высокую твердость, затрудняющую его удаление.

В слитках дуговой плавки значительно развита столбчатая структура. Поэтому такие слитки нагревают до температур более высоких, чем предварительно деформированные заготовки, а первичную ковку ведут с малыми степенями деформации, не более 10—15%.

Как и при ковке других металлов, по мере дробления литой структуры температуру нагрева ванадия снижают, а степени деформации увеличивают. Для характеристики длительности нагрева укажем, что слиток диаметром 67-70 мм нагревают до температуры

1100—1150° С в течение 60 мин.

Из слитков диаметром 150 мм горячей ковкой с одного нагрева изготовляли прутки диаметром 75 мм и поковки прямоугольного сечения толщиной 18 мм.

Весьма эффективна обработка давлением кованых заготовок. При температурах 370—480° С из предварительно деформированных заготовок диаметром 76 мм прессованием получали трубу с наружным диаметром 51 мм и толщиной стенки 6,35 мм. Вхолодную деформировали металл до 30% за одно обжатие. Рекристаллизационный отжиг ванадия проводят с нагревом до 800—900° С в течение 60 мин в инертной среде или в вакууме.