SU1703259A1

SU1703259A1 - Способ обработки заготовок из титановых сплавов

Info

Publication number: SU1703259A1
Application number: SU894748988A
Authority: SU
Inventors: Борис Александрович Колачев; Владимир Георгиевич Поляков; Владимир Иванович Седов; Юлия Борисовна Егорова; Александр Николаевич Кравченко
Original assignee: Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1992-01-07

Abstract

Изобретение относитс к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке титановых сплавов с применением обратимого легировани водородом . Цель изобретени - снижение трудоемкости, увеличение стойкости инструмента за счет обеспечени равномерного распределени водорода по сечению заготовки . Наводораживание осуществл ют в среде газообразного водорода при 750±50&deg;С до концентрации 0,2-0,8 мас.%. Обезводораживание детали осуществл ют после ее механической обработки путем ва- куумного отжига при 750+50&deg;С и давлении не более 10 рт.ст. 5 табл., 3 ил. тем п е о тупр г4 мм сг,

Description

Изобретение относитс к обработке металлов резанием и может быть использовано при токарной обработке, сверлении, фрезеровании, строгании титановых сплавов с применением обратимого легировани водородом.

Целью изобретени вл етс снижение трудоемкости, увеличение стойкости инструмента при механической обработке а +р -титановых сплавов за счет обеспечени равномерного распределени водорода по сечению заготовки.

На фиг. 1 приведены зависимости износа резца по задней грани от времени его работы при точении исходной заготовки сплава ВТ8 и заготовок того же сплава, на- водороженных до концентраций: 0,004 мас.% (исх)- крива 1; 0,1 мас.% - крива 2; 0,2 мас.% - крива 3; 0,3 мас.% - крива 4;

0,5 мас.% - крива 5; 0,7 мас.% - крива 6; 0,9 мас.% - крива 7 (скорость резани 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина резани 1,0 см); на фиг. 2 - зависимость стойкости инструмента от содержани водорода в исследуемых заготовках: скорость резани 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина резани 1,0 мм; Ьз 0,3 мм); на фиг. 3 - схема распределени водорода по глубине заготовки после электролитического наводоро- живани (J 1-5 А/дм2; т 0,5 ч) по известному способу.

Пример. Перед механической обработкой заготовку из сплава ВТ8 диаметром 40 мм, длиной 150 мм помещают в установку дл наводороживани , нагревают до 800°С и насыщают водородом до концентраций 0,1-0,9 мас.%. Среднее содержание водорода контролируют по привесу заготовки, а

VJ

О

СО ND СЛ

чэ

распределение водорода по сечению заготовки - с помощью спектрального анализа.

В табл. 1 приведены данные стойкости инструмента из ВК60М при точении сплава ВТ8 с разным содержанием водорода ( м/мин; т 1,0 мм; S 0,2 мм/об.

Температурный диапазон наводорожи- ваемого отжига выбран из следующих соображений , При температурах ниже 700°С возможно выделение гидридов, которые хот и охрупчивают материал, но могут привести к повышению его твердости, что ухудшает обрабатываемость резанием. Кроме того, при температурах ниже 700°С уменьшаетс Коэффициент диффузии водорода и, следовательно, возрастает врем выдержки, необходимое дл равномерного распределени водорода по сечению заготовки , до значений, которые на производстве не могут иметь практического использовани . В табл. 2 приведены данные продолжительности нзводороживаю- щего отжига, необходимого дл равномерного распределени водорода по сечению заготовки диаметром 40 мм, в зависимости от температуры отжига дл сплава ВТ8.

При температурах выше 800°С происходит сильный рост зерна. Например, при на- водороживанию при 800 ± 5°С средний размер зерна составл ет 140 мкм, при 850°С средний размер зерна 350 мкм. Поэтому отжиг при температурах выше 800°С нежелателен, так как он сопровождаетс необратимыми изменени ми структуры и существенным снижением характеристик прочности и пластичности.

Наиболее оптимальным вл етс диапазон температур 750 ±50°С, при котором гарантируетс сквозное наводороживание заготовки при практически равномерном распределении водорода.

Врем выдержки заготовки диаметром 400 мм из сплава ВТ8 при наводороживаю- щем отжиге составл ет 8 ч, после чего заго- товку охлаждают до комнатной температуры со скоростью охлаждени менее 5°С/мин (охлаждение с печью). Более высокие скорости охлаждени привод т к образованию мартенсита, что сопровождаетс увеличением твердости заготовки и от- рицательно вли ет на стойкость инструмента.

В табл. 3 приведены данные стойкости инструмента из ВК60М при точении заготовки сплава ВТ8 с содержанием водорода 0,7 мас.%, охлажденной после наводорожи- вающего отжига при 800°С с различной скоростью охлаждени .

Далее провод т механическую обработку по режимам: скорость резани 100 м/мин (ненаводороженный материал обрабатывают при скорост х 30-40 м/мин); подача 0,2

мм/об; глубина резани 1,0 мм. Точение сплава ВТ8 осуществл ют режущими неперетачиваемыми пластинами ВК60М. Износ инструмента измер ют по задней грани на инструментальном микроскопе УИМ-23.

0 В качестве критериев обрабатываемости резанием выбран износ по задней поверхности резца и стойкость инструмента.

Износостойкость инструмента определ етс содержанием водорода в исследуе5 мых заготовках. Так, из данных, приведенных на фиг. 1 и 2 и в табл. 1, видно, что,начина с концентрации 0,2 мас.%, происходит значительное улучшение обрабатываемости резанием, так как наблюдаетс

0 уменьшение износа резца и увеличение времени его работы до заданного износа. Бла- гопри тное вли ние водорода на обрабатываемость резанием титановых сплавов св зано с охрупчиванием материа5 ла и снижением его твердости в присутствии водорода.

Введение водорода в концентраци х менее 0,2 мас.% и более 0,8 мас.% не приводит к желаемому результату, сопровожда0 етс резким износом резца и уменьшением стойкости инструмента. Так, при концентраци х ниже 0,2 мае. % и выше 0,8 мае, % стойкость инструмента (т.е. врем его работы) составл ет менее 2 мин. Наибольша стой5 кость инструмента наблюдаетс при точении заготовки с содержанием водорода 0,6-0,8 мае. %, при этом врем работы резца до заданного износа увеличиваетс до 15 мин, т.е. почти в 7-8 раз по сравнению с

0 исходной заготовкой.

После механической обработки необходим вакуумный отжиг готовых деталей дл восстановлени требуемых механических и эксплуатационных свойств. Вакуумный от5 жиг провод т при 750 ± 50°С и давлении не более 10 мм рт.ст., что обуславливает более полное удаление водорода. Продолжительность этой стадии определ етс параметрами заготовки и количеством удал емого водорода.

0 Давление в вакуумной печи мм.рт.ст. обеспечиваетс существующими промышленными диффузионными насосами при использовании их без охлаждени жидким азотом,

5 Температура.вакуумного отжига должна быть достаточно высокой дл удалени водорода из металла. В то же врем она не должна быть слишком высока, поскольку при температурах выше 800-850°С начинаетс интенсивное испарение легирующих элементов из поверхностного сло металла, вакуумное растравливание поверхности, сильный рост зерна, что сопровождаетс ухудшением механических и эксплуатационных свойств.

Нижний интервал температур вакуумного отжига лимитируетс длительностью процесса обезводороживани , так как при температурах ниже 700°С коэффициент диффузии водорода резко уменьшаетс , а длительность вакуумного отжига возрастает (табл.5), что не всегда приемлемо в производстве .

Вакуумный отжиг приводит также к сн тию остаточных напр жений, возникающих в процессе механической обработки.

В табл. 4 приведены сравнительные данные по наводороживанию и механической обработке титановых сплавов (обрабатываемый материал ВТ8; скорость резани 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина 1,0 мм) в соответствии с известным и предлагаемым способами.

Из данных табл. 4 видно,что дл того, чтобы сн ть слой глубиной 10 мм по известному способу необходимо 75 ч, а по предлагаемому- 15 ч.

В табл. 5 приведены данные длительности вакуумного отжига при разных температурах заготовок ВТ8.

Кроме того, в результате электролитического наводороживани титановых сплавов происходит неравномерное распределение водорода по сечению заготовки в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3. На поверхности заготовки содержание водорода может превышать 0.8 мас.%, т.е. образуетс слой с повышенной твердостью. По мере удалени от поверхности содержание

водорода уменьшаетс и на рассто нии 0,05-0,1 мм приближаетс к исходным значени м , равным 0,004 мас.%. Таким образом , слой с содержанием водорода 0,2-0,8 мас.%, при котором наблюдаетс улучше5 ние обрабатываемости резанием, значительно меньше глубины ре ани , и следовательно, дл титановых сплавов механическа обработка с применением электролитического наводороживани не

0 эффективна.

Таким образом,использование предлагаемого способа в сравнении с известным повышает эффективность наводороживани , увеличивает стойкость инструмента в

5 2-8 раз, расшир ет диапазон использовани способа, улучшает услови труда, а также обеспечиваетс экологическа чистота технологического процесса.

Claims

0Формула изобретени

Способ обработки заготовок из титановых сплавов, при котором осуществл ют предварительное наводороживание заготовки , ее механическую обработку, после

5 чего провод т обезводороживание заготовки , отличающийс тем, что, с целью снижени трудоемкости, увеличени стойкости инструмента при механической обработке a+fi -титановых сплавов, путем

0 обеспечени равномерного распределени водорода по сечению заготовки, наводороживание осуществл ют в среде газообразного водорода при температуре 750 ±50°С до концентрации 0.2-0,8 мас.%,а обезводо5 роживание детали после ее механической обработки ведут путем вакуумного отжига при температуре 750±50°С и давлении не более мм рт.ст.

Таблица 1

Таблица 2

Врем нагрева охлаждени .

Предельно допустима концентраци водорода 0,14-0,02 мае. %

Таблица .3

Таблица 4

Таблица 5

Врем работы резца, мин Фиг. /

15

0,2 Q4 0,6 0,8 / Содержание водорода, %/то массе

Фи г. 2

I

Of

W

0,2

0,05 Рассто ние от поверхности, мм

Фиг.З

0,1