SU1108131A1 - Способ обработки изделий из титановых сплавов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий механическую обработку, химическое травление и отжиг, отличающийс  тем, что, с целью повышени  степени черноты и механических свойств, отжиг провод т сначала и воздушной среде при 680-740°С в течение 60-90 мин, а затем - в вакууме при 1000-1050 С в течение 2-10 мин.

Description

С

со Изобретение относитс  к обработ деталей из титановых сплавов, проше ших механическую обработку с задан ной чистотой поверхности, и подвер . гающи.чс  D дальнейшем термической и химико-термической обработке с целью создани  поверхностного сло  имеющего вцсокие оптические и терм радиационные свойства, позвол ющие осуществл ть терморегулирование ч рез поверхность деталей. Известен способ обработки изделий из титановых сплавов, состо щи в комплексной химической обработке и последующем термическом окислени титановых сплавов, предусматривающ травление, а затем термическое оки ление титана при 600°С fl Недостатками известного способа  вл ютс  невозможность получени  равномерного, глубокого окисного сло , не склонного к шелушению и имеющего высокую степень черноты, сло  устойчивого в вакууме, обеспе чивающего сохранение устойчивого соотношени  коэффициентов As/E-, где А 5 - коэффициент поглощени  солнечного излучени ; Е - степень черноты. Наиболее близким к предлагаемом  вл етс  способ обработки изделий из титановых сплавов, включающий механическую обработку, химическое травление и альфирование деталей из титановых сплавов путем чередовани  длительного нагрева в вакууме при 750-950 С в слабоокислительной атмосфере с периодическим развакуумированием рабочего пространства Недостатками известного способа  вл ютс  сложность осуществлени , значительна  длительность процесса и невозможность получени  поверхнос ного сло  одновременно.с высокими коэффициентами поглощени  солнечного излучени  As и степени, черноты . вследствие того, что заключительной операцией  вл етс  окисление детале из-за отсутстви  значительной переходной зоны к основному металлу. Слой имеет высокую твердость и обла дает повышенной хрупкостью, что при водит к снижению прочностных харак теристик особенно при динамических перегрузках. Терморегулирование и термопередача через такой слой при различных услови х эксплуатации деталей нестабильна. Цель изобретени  - повышение сте пени черноты и повышение механических свойств. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу обработки изделий из титановых сплавов, включгиощему механическую обработку, химическое травление и отжиг, отжиг провод т сначала в воздушной среде при 680-740С в течение 60-90 мин, а затем в вакууме при lOOO-lOSO C в течение 2-10 мин. При осуществлении предлагаемого способа при отжиге в воздушной, среде создаютс  услови , необходимые дл  образовани  сплошного равномерного сло , состо щего из двуокиси титана. Это возможно лишь в интервале температур 680-740С, когда не происходит его растрескивани  и отрыва от основного металла. А на втором этапе проводитс  высокотемпературных вакуумный нагрев, вызывающий распределение кислорода в слое, частичное восстановление титана, при этом увеличиваетс  суммарна  толщина сло , а с другой стороны за счет частичного восстановлени  двуокиси титана в высоком вакуума возрастает, прочность сцеплени  сло  с основой, увеличива  стабильность против испарени  в услови х повышенных температур , при частых теплосменах и одновременно исключаетс  катастрофический рост зерна основного металла. Выбранна  последовательность и температурно-временные услови  обработки обеспечили формирование равномерного основного сло , подсло  и переходного сло  с плавно снижающимс  содержанием кислорода от поверхности к сердцевине, что стабилизирует оптические и теплофизические свойства поверхностной зоны деталей. Вли ние выбранной последовательности условий обработки на механические свойства сплавов основано на исключении роста зерна основного металла , порчи структуры сло  при известных температурах оксидировани  на воздухе, например при 800-900°С, и при длительности выдержки выше 90 мин,а также на положительном вли нии частичного рассасывани  окалины в вакууме в течение кратковременной выдержки при 1000-1050°С. Исследовани  показали, что сни.жение температуры альфировани  на первом этапе ниже нецелесообразно, так как приводит к уменьшению плот- ности и толщины оксидной пленки, что нежелательно из-за снижени  величины коэффициента поглощени  солнечного излучени . Ограничена также предельна  температура кратковременного вакуумного восстановительного нагрева на втором этапе. Она не превышает по двум причинам: вследствие роста зерна при температурах 10601100°С и снижени  механических свойств и вследствие прогрессирующего рассасывани  сло  избыточных окислов и снижении величин оптических коэффициентов. Обработку деталей и образцов проводили на серийном термическом оборудовании. Альфирование в воздушной среде при 680740°С осуществл ли в печаис СИОЛ 1.6.2,5.1/9М и СНО 4.6.2/10, а вакуумный восстановительный нагрев проводили в печах СГВ 2.4/15 и СШВЛ 1.2,5/25 при предельном вакууме 2-10- - 3-10-5 мм.рт.ст. Результаты измерений оптических свойств на приборах ФМ-85, ТРМ и ме-5 ханических свойств титанового сплава ВТ1-0 после обработки по режимам в пределах граничных и средних эна чений температурно-временных условий предлагаемого способа и известного приведены в таблице.

Пример. Обрабатывали по предлагаемому способу детали из сплава ВТ-1-0 из листовых заготовок толщиной 2 мм. После механической обработки с чистотой RZ 30 детали травили в течение 3 мин при 20°С в ванне, содержавшей 150 г/л плавиковой кислоты и 470 г/л азотной кислоты . Альфирование при 700°С в течение 60 мин проводили в печи СНОЛ 1.6.2,5.1/9 с охлаждением.на воздухе . Последующий вакуумный восстановительный нагрев в,лпечи СГВ 2.4/15вели 2 мин при lOSOfC JB вакууме 6 рт.ст., охлаждение с печью до 20°С.

Альфированный слой общей глубиной 200 мкм содержал 1,4% кислорода , имел микротвердость. Н5(, 560 кгс/мм. Разрушающа  нагрузка при испытани х на раст жение была. 212 кгс против 154 кгс по известному , угол загиба до образовани  трещин был 110 град, против 70 град. по известному. Оптические коэффициенты , измеренные на приборах ФМ-59, ФМ-85, ТРМ, были AS - 0,66, Е 0,48 против As - 40, Е 0,12 по известному . Соотношение коэффициентов как и юс абсолютные значени  повысились что позволило осуществл ть пассивно терьюрегулирование в узлах с .больше эффективностью. . .

В процессе испытани  предлагаемого способа было установлено, что , двухкратное повторение альфировани  н последующего вакуумного нагрева приводит к увеличению степени черноты поверхностного сло  на сплавах ВТ1-0, ВТ-3 на 0,16-0,20 и позвол ет .увеличить соотношение оптических коэффициентов As/E на 10-20%. Это дополнительно улучшает услови  терм

регулировани  при применении титановых сплавов в.различных конструкци х .

П р и м е р 2. Экраны тепловые из сплава ВТ-3 (лист 3 мм) после 5 фрезеровани , гибки и травлени  альфировали при 740°С 90 мин в печи СНО 4.5.2/10, с охлаждением на воздухе , а затем подверга;.и вакуумному восстановительному нагреву в пе0 чи СШВЛ 1.2.5/25 при в течение 10 мин в вакууме 2 рт.ст. После полного.цикла обработки на экранах был сформирован слой глубиной 0,62 мм, микротвердостью 450 5 780 кгс/мм. Поверхность имела коэффициент поглощени  солнечной радиации Аз 0,71 и степень черноты на 40% выше, чем при обработке по известному способу, что позволило конструктивно облегчить

0 узел терморегулировани  по весу в 1,2 раза. Прочностные характеристики выросли на 30% по сравнению с издели ми, обработанными известным способом.

5

Технико-экономическа  эффективность изобретени  заключаетс  в том, что предлагаемый способ, осуществимый на серийном оборудовании без дополнительных затрат на материалы

0 и оборудование, позволил качественно повысить оптические свойства титановых сплавов, изменить соотношение оптических коэффициентов, недостижимое ранее без нанесени  допол5 нительных, менее стойких к тепловому воздействию эмалей. Одновременно он позволил на 30-40% повысить прочность и в 1,4-1,5 раза повысить пластичность при изгибе альфированных титановых изделий, примен емых

0 в специальных конструктивных узлах.

Claims (1)

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий механическую обработку, химическое травление и отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения степени черноты и механических свойств, отжиг проводят сначала в воздушной среде при 680-740°С в течение 60-90 мин, а затем - в вакууме при 1000-1050⁶С в течение 2-10 мин.