Файл: Пульцин Н.М. Титан и его применение в авиации.pdf

процессе производства рациональных методов и режимов обработки является делом не менее важным, чем, например, изыскание новых сплавов.

При горячей обработке давлением — прокатке, ковке, штамповке и прессовании титановые сплавы нагреваются обычно до температур 750— 1000° или несколько выше, что соответствует области Э или верхней части области “ + ? . При этом происходит насыщение их с поверхности кислородом и азотом, вызывающее образование хруп­ кого изменения слоя. При высоких температурах нагрева на поверх­ ности титана образуется окалина. Повторный нагрев заготовки дол­ жен проводиться после удаления окалины, в противном случае диф­ фузия кислорода из нее в глубь изделия приведет к дополнительно­ му увеличению толщины измененного слоя.

С целью уменьшения газонасыщения титана в последнее время при ковке и горячей штамповке применяют индукционный нагрев [35], позволяющий уменьшить глубину измененного слоя, снизить угар металла, улучшить технологические и эксплуатационные свой­ ства деталей.

Для уменьшения насыщения водородом при нагреве титана в ма­ зутных и пламенных печах атмосфера этих печей должна быть слег­ ка окислительной, т. е. содержать некоторый избыток воздуха. В слу­ чае повышенного содержания водорода титановые сплавы подвер­ гаются вакуумному отжигу при температуре около 800° и вакууме

10'3 мм рт. ст.

В справочнике по машиностроительным материалам [40] приве­ дены сведения о режимах обработки давлением некоторых марок титановых сплавов. Горячая обработка давлением технического ти­ тана ВТI проводится при температуре 750— 1000°. Ковка и горячая прокатка сплава ОТ4 проводятся при температурах 950—800°, а теп­ лая прокатка — при 700—600°. Нагрев под ковку, прокатку и штам­ повку сплава ВТ6 должен проводиться до температуры двухфазной области ®+ Р , т. е. не выше 1000°, поскольку при более высоком нагреве наблюдается значительный рост зерна, вызывающий сни­ жение пластичности и ударной вязкости. Для крупных заготовок этого сплава в печах с воздушной атмосферой рекомендуется ступен­ чатый нагрев, причем сначала должен осуществляться длительный нагрев при 700—850°, а затем кратковременный, не более 30 сек. на 1 мм максимальной толщины, при 900— 1000°.

Титан способен штамповаться в холодном состоянии. Однако способность его к холодной штамповке по сравнению с другими ма­ териалами довольно низкая. Так, например, технический титан ВТ1Д, имеющий высокое относительное удлинение, обнаруживает при испытании по Эриксену в три раза меньшую технологическую пластичность, чем дюралюмин Д16Т [41].

Как известно, способность материала к деформации оцени­ вается не только относительным удлинением 8 и поперечным сужением б, но и величиной равномерной деформации—отно­ сительного удлинения 8р и поперечного сужения ор. Низкое со­

74

отношение между равномерной и общей деформациями свиде­ тельствует о пониженной способности материала к деформиро­ ванию. В таблице 15 приведены соотношения равномерной и общей деформаций для некоторых,листовых материалов толщи­ ной 1,5 мм.

Как видно из этой таблицы, технический титан ВТ1Д но сравне­ нию с другими материалами имеет наименьшее соотношение рав­

При холодной штамповке происходит сильное упрочнение титана

иего сплавов в результате наклапа (фиг. 58). С целью возвращения пластичности проводится межоперационный отжиг обрабатываемого металла. Оптимальный режим отжига выбирается с учетом доста­ точного резупрочнения материала, снятия остаточных напряжений, а также предотвращения сильного окисления титана и образования окалины на нем. Так, например, отжиг листового технического тита ­ на ВТ1 для снятия наклапа проводится в электрических печах с воз­ душной атмосферой при температуре 525° в течение 1 часа с после­ дующим охлаждением на воздухе. Межоперационный отжиг сплава ВТ4 проводится при температуре 700°.

Как известно, полное снятие наклепа происходит при нагреве де­ формированного металла до температуры рекристаллизации или не­ сколько выше. Эта температура, по исследованию Е. М. Савицкого

идругих [53], зависит от содержания в титане примесей и легирую­ щих добавок. Температура рекристаллизации иодидного титана рав­

на примерно 550°.

Все элементы, добавляемые к титану, по влиянию на темпера­ туру рекристаллизации могут быть подразделены на три группы [53].

75

Первую группу составляют элементы, которые сильно -повышают

Во вторую труппу -входят более умеренно действующие элемен­ ты, включающие железо, хром, ванадий, марганец и олово. Они -по­ вышают температуру рекристаллизации лишь при содержании 3%

первые признаки разупрочнения наклепанного металла наблюдаются при нагреве до 350—400°, причем интенсивность разупрочнения уве­ личивается с ростом предварительной деформации. Однако это раз­ упрочнение не связано еще -с -рекристаллизацией, которая начи­ нается, по утверждению авторов, при нагреве выше 450—500°. Ре­ кристаллизация развивается раньше в том металле, в котором выше степень предварительной деформации. Окончание .рекристаллизации, характеризуемое полным разупрочнением наклепанного металла в результате образования однородной мелкозернистой структуры, наблюдается при температуре 600—700°.

На-грев свыше 750° приводит к некоторому укрупнению зерна, а при 850° уже получается крупнозернистая структура титана, вызы­ вающая некоторое -снижение пластичности. На основании этого ав­ торы статьи предполагают, что снижение пластичности титана при нагреве до высоких температур происходит не только за счет погло­ щения атмосферных газов, но и благодаря образованию крупного зерна.

Для отжига титановой проволоки при волочении применяется смесь расплавленных хлористых солей бария, калия и натрия При температурах 700, 800 и 900°. Нагрев в этих средах происходит прак-

76

тически мгновенно, и наклеп снимается быстро. Так, например, время для снятия наклепа при 700° составляет 30—40 секунд. При этом пазонасыщение ввиду непродолжительности -выдержки является мини­ мальным.

Улучшение деформируемости титановых сплавов может быть достигнуто термической обработкой их на твердый раствор (Г После такой обработки производят холодную штамповку изде­ лия, а затем осуществляют упрочнение его посредством дис­ персионного твердения. Такой обработке с успехом может быть подвергнут сплав C105VA, уже упоминавшийся ранее. Однако следует иметь в виду, что в некоторых титановых сплавах в результате наклепа при холодной обработке давлением наблю­ дается структурное превращение твердого раствора (3 в а'-фазу, сопровождающееся повышением прочности и снижением пла­ стичности.

При обработке давлением часто наблюдается налипание титана на рабочий инструмент. Для -предотвращения этого явления при штамповке титановые заготовки иногда предварительно покрывают тонким слоем меди, нанося ее методом шоопирования. Однако медь является эффективной только при температуре штамповки до 850°. При более высокой температуре обрабоФки давлением, достигающей 950°, рекомендуется электролитическое покрытие титана слоем се­ ребра.

При -волочении с целью предупреждения наволакивания титана применяют различные смазки, например стекло или стеарат цинка. Стойкость фильер при этом может быть повышена диффузионным хромированием [55].

СС варка . Сварка является одним из основных способов неразъем-

■ного соединения титана и его сплавов. Трудности первоначального освоения ©варки титана были связаны с активным насыщением ме­ талла шва кислородом, азотом и другими примесями и вызываемой им значительной хрупкостью соединения. Проблема оварки титана не может считаться полностью разрешенной и в настоящее время. Тем не менее уже сейчас технический титан и однофазные а-сплавы его -могут надежно соединяться аргоно-дуговой, точечной, роликовой’

истыковой электросваркой -с применением защитной атмосферы. Опасность насыщения газами не позволяет выполнять сварку аце­ тилено-кислородным методом.

В процессе сварки .защите от загрязнения кислородом и а-зотом

подлежит -не только расплавленный металл, но и все сильно нагре- 'тые участки, в том числе и противоположная сторона шва. Эта за­ щита осуществляется, как правило, аргоном. Сварной шов полу­ чается достаточно плотным и пластичным.

Для получения прочного и пластичного сварного соединения при электродуговои сварке в атмосфере защитного газа необходимо вы­ полнение ряда условий. Прежде всего титановый сплав сам по себе должен быть пластичным и не растрескиваться при сварке. На нем, как и на прутке присадочного материала, не должно быть окалины.

77