/
Автор: Чечулин Б.Б. Мажарова Г.Е. Комановский А.З. Важенин С.Ф.
Теги: цветные металлы в целом формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы машиностроение обработка металлов металлы сплавы металлы и сплавы
Год: 1977
Текст
< ОБРАБОТКА >
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
. ДАВЛЕНИЕМ .
УДК 669.295:621.9,0451
Г. Е. МАЖАРО1 А, А. 3. КОМАНО
С. Ф. ВАЖЕН
аскии, б
1ИН,
Б. ЧЕЧУЛИН,
УЛК 659.295:621.9.М2
Обработка титанов
КомановскийА
«Металлургия», 1977
В книге обобще-
их сплавов
к 3„ Че чули
96 с.
г опыт применбний титана г
.нового конструкционного материала
го хозяйства. Привечены -основные
механические и
давлением. Макарова Г. Е.;
и Е. Б., В а
Кении С. Ф. М.
ра зличных
его сплавов как
областях народпо-
В
сведения о т|итат1е, рассмотрены
технологические
бработки давление
внимание уделено операциям горячей i
по широко применяемым на болылзнс’
физико-химические,
также особенности с
свойства, а
м титановых сплавов. Особое
холодной
тг.е машиностроительных эз-
деформации, обыч-
водов. Дана характеристика -обору^фвнния, п-римепяемого при обра-
ботке титановых спл ibob давлением.
Книга предназначена Для работ
• таллургических и других заводов,
фабрикаты для изготовления обору
' из ков .маши:
г CI .1
. .топания и различных деталей.
Йл. 15. Табл. 2§. Спи|сок лиг.: 1108 нагля
(ностроительшлх, ме-
юльэующи с титановые иолу-
ИБ №97
ЛИНА ЕФИМОВИЧ
АНАТОЛИИ ЗАХАРОВ! ’I
ЕОРИС БОРИСОВ I1
СЕРГЕИ ФИЛИППО 51
ГА
ОБРАБОТКА
ТИТАНОВЫХ
ИАЖАРОВД,
РОМАНОВСКИЙ
ЧЕЧУЛИН,
ИЧ ВАЖЕНИН
Ч
СПЛАВОВ ДАВЛЕНИЕМ
Редактор Издательег.
Ху; ожественный рсдо’
Технический редакто
Корректоры С, Н, Стела
Облзжка художника
... Г, г. Кефет
тор Г. Л. Жег I
13. Сидсрот
ча
Сдано в набор 21/Ш--1977 г.
Т-15263 Форм
Усл. геч.
Тираж 3200 экз.
ш
>а
алита
Мил^ на
> И
I1BB1, Г. Д. Куд
К.Г ” "
И.
Подписано' в печать 26,'VIH— 1977 г.
ат бумаги 84XWA2
: 1 ... Л04-
.Заказ <159
Бумага
Уч.-изд.
Изц. № 2(172
I, 5,
типографская № 2
59
Цена 30 коп,
Издателье
. Ill ИЙ.
лир., д.
Мое св а,
14
_jI03HO.I1
Срвета ?|1и,ни".
н ж II эй
25
Tro «iM ста л л урги > I з
2-й Обыденский
Подольский аилиал ПО «Парно, хи.са^ Со
при Государственном комитете
по делам издательств, полигртфни и к
г* Подольск, ул. Ijijioua, д.
© Издательство «Металлургия». 197
п 31010—193
О --- - 62—77
040(01) —77
Г-34,
гигряфпрома
:Трф СССР
ОрГОВДП
ПРЕДИСЛОВИЕ
решениях XXV съезда КПСС за годы X пятилетки
едусмотрено существенное (в 1,4 раза) увеличение
оизводства титана, что должно обеспечить в основ-
В
Ilf
пр
ных отраслях машиностроения повышение эффективно-
ст я вновь создаваемых машин, механизмов и эксплуа-
тационной надежности действующего оборудования.
В минувшем пятилетии применение титановых спла-
вов в промышленности значительно возросло. Главными
причинами этого были возросшие требования к умень-
шению материалоемкости изделий, увеличению их дол-
говечности и надежности и высокая конкурентоспособ-
ность титановых сплавов по сравнению с традиционны-
ми конструкционными материалами, особенно в объек-
тах новой техники. В связи с возросшим интересом к
титановым сплавам как новому конструкционному ма-
териалу резко увеличился спрос на справочную и науч-
но-техническую литературу по титану. Несмотря на по-
явление в последнее время обширной литературы по
структуре, свойствам, обработке и применению титана
и его сплавов, по мнению авторов, сохранилась необхо-
димость в выпуске книги, которая бы содержала крат-
кое изложение основных свойств, преимуществ и наи-
более эффективных областей применения, а также тех-
нологических особенностей наиболее широко распрост-
раненных на машиностроительных заводах операций —
ковки, объемной и листовой штамповки деталей из ти-
тана и его сплавов. Предлагаемая читателю книга ста-
вит своей целью знакомство с указанными вопросами и
не претендует на исчерпывающее изложение накоплен-
ных данных по свойствам, технологии производства и
применению титановых сплавов.
При написании книги авторы использовали материа-
лы, любезно предоставленные С. М. Шулькиным,
С. Н. Хомовым, М. А. Григорьевой, за что выражают
им глубокую благодарность. Авторы также весьма при-
знательны М. К. Батеневой за помощь в подготовке
рукописи к изданию.
1* Зак. 159
ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТИТАНЕ
И ЕГО СПЛАВАХ
1. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В Периодической системе
22-е место. Атомная масса
10,6.
Титан существует в дву
нациях; ниже температуры
элементов
его 47,90,
титан занимает
атомный объем
шческих модифи-
kx кристалл
полиморфного превращени!
(882,5°С) в виде а-модификации,
ную плотноупакованную решетку
го превращения в виде 0-модифйкаци
емноцентрированную кубическую решетку,
сс-титана 4,505 г/см3, Д-титана 4,320 г
“ :<ой коррозионной стойкостьЬ
во многих агрессивных средах, малым коэффициентом
низким коэфф
электр'
Титан отличается высо
линейного расширения, ср
циентом теплопроводности
имеющей гексагон ал ty-
и в
1И,
ыше полиморфно-
имеющей объ-
Плотность
7см3.
авнительно
высоким Удельным
сопротивлением, иемагнитпостью.
титан
ты. Малый
а обеспечивает его надежною
работу в условиях теплосмен,
Химический состав промышленные
вов и их физические свойства подроб
По удельной прочности
конструкционные материн,
немного расширения титан
ботах [1, 2].
ю-
многие
пррвосходит
коэффициент лй-
х титановых
ю освйщены
сила-
в ра-
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВО3
собу изготовления
Титановые сплавы разделяют по спс
па деформируемые и литейные; по уровню прочности и
способности к пластической деформации — на
низкой прочности и повышенной пла
прочности, высокопрочные; по назна
рукционные и жаропрочные.
Сплавы с пределом прочности до
OT4-I, ВТ1-00, ВТ1-0) с относительно высокой пластич-
ностью относят к группе высокопластичных титановых
сплавов.
Технический титан марки ВТ1-00
кой прочностью в качестве конструкционного материала
сплавы
1СТИЧНОСТИ, средней
чению — на конст-
70 кгс/мм2 (ОТ4 0,
в связи с невысо-
4
применяется ограниченно в тех случаях, когда для из-
готовления деталей требуется высокая пластичность.
Титан марки ВТ1-0 близок по своей пластичности к
сплаву ВТ1-00, обладает высокой коррозионной стой-
костью, как и титан марки ВТ1-00. Операции листовой
штамповки можно проводить в холодном состоянии.
Сплав ОТ4-0 системы Ti — Al — Мп предназначен
для изготовления листов, ленты, полосы, прутков, про-
филей, труб, поковок и штамповок [3—5]. Применяют
его в изделиях, изготавливаемых с использованием
сварки, штамповки, гибки и других методов обработки.
Листовая штамповка производится, как правило, в хо-
лодном состоянии. Детали из этого сплава отличаются
высокой коррозионной стойкостью в агрессивных
средах.
Сплав марки ОТ4-1 системы Ti — Al — Мп может
быть использован для изготовления поковок, штампо-
вок, прутков, профилей, труб, проволоки и других полу-
фабрикатов [4—7], Предназначен он главным образом
для листовых полуфабрикатов (конструкционный и об-
шивочный листовой материал). Листовая штамповка
производится в холодном состоянии, если не требуется
большой деформации. Ковка, штамповка и прокатка
сплава ОТ4-1 осуществляются при повышенных темпе-
ратурах. Отличительной особенностью сплава ОТ4-1 яв-
ляется высокая технологическая пластичность, хорошая
свариваемость всеми видами сварки. Прочность и плас-
тичность сварного соединения практически одинаковы с
основным металлом. Применяют сплав в отожженном
состоянии.
Титановые сплавы, имеющие предел прочности от
75 до 100 кге/мм2, относят к сплавам средней прочно-
сти (АТЗ, ВТ5-1, ВТбС, АТ4, ВТ20, ВТЗ-i). Все титано-
вые сплавы средней прочности хорошо свариваются и
имеют удовлетворительную термическую стабильность.
Они пригодны для изготовления сварных конструкций
и узлов.
Сплав марки АТЗ системы Ti — Al содержит неболь-
шие количества Сг, Fe, Si, В ,[8J. Из него изготавлива-
ют прутки, поковки, листы, фольгу, проволоку, горяче-
катаные и холоднокатаные трубы. Обработка давлени-
ем производится при повышенных температурах. Слож-
ные детали из листов штампуют с нагревом, неслож-
ные — в холодном состоянии. Сплав марки АТЗ прнме-
5
няется только в отожженном состоянии. Рекомендуется
для изготовления штампосварных конструкций. Свари-
вается сплав контактной, аргоно-дуговой, а также элек-
трошлаковой сваркой. Прочность сварных соединений
на 5—10% ниже по сравнению с основным металлом.
Как и другие титановые сплавы, АТЗ имеет высокую
коррозионную стойкость во влажной атмосфере, мор-
ской воде и в большинстве коррозионных сред.
Сплав ВТ5-1 системы Ti —Al —Sn имеет понижен-
ную технологическую пластичность, но отличается жа-
ропрочностью. Из сплава изготавливают листы, плиты,
поковки, штамповки, прутки, профили и другие полу-
фабрикаты. Сплав ВТ5-1 удовлетворительно деформи-
руется в горячем состоянии. Листовая штамповка осу-
ществляется также в нагретом состоянии. Сваривается
ручной и автоматической аргоно-дуговой сваркой,
сваркой под флюсом и контактной сваркой. Термиче-
ской обработкой сплав не упрочняется. В большинстве
агрессивных сред имеет высокую коррозионную стой-
кость. Предназначен для изготовления штампосварных
конструкций.
Из сплава ВТ6-С системы Ti—Al—V изготавлива-
ют листы, поковки, штамповки, прутки, профили и дру-
гие полуфабрикаты. Применяется в основном в отож-
женном состоянии. Сплав имеет удовлетворительную
пластичность при деформации с нагревом. Ковка, штам-
повка и прокатка осуществляются при повышенных тем-
пературах. Операции листовой штамповки проводят с
нагревом. Рекомендуется для изготовления штампо-
сварных конструкций — емкостей высокого давления.
Сплав марки ВТ20 системы Ti — Al — Zr — Mo — V
предназначен для изготовления листов и плит; кроме
того, из пего могут быть изготовлены поковки, штам-
повки, прутки, профили и другие полуфабрикаты. Сплав
имеет пониженную пластичность. Листовую штамповку
следует проводить с нагревом до 800—900°С, в холод-
ном состоянии листовой штамповке сплав не поддается.
Сплав ВТ20 хорошо сваривается аргоно-дуговой и кон-
тактной сваркой, а также сваркой под слоем флюса.
Коррозионная стойкость в атмосферных условиях и аг-
рессивных средах высокая. Рекомендуется для изготов-
ления штампосварных конструкций.
Сплавы ВТ6, ВТЗ-1, ВТ16, ВТ22 и ВТ15, высокая
прочность которых достигается закалкой и старением,
б
сплавов.
рсдназначены для приме-
примене-
нии не рационально, no-
прочность после отжига,
для
ивок, прутков, профилей и
шо деформируется в горя-
сваривается всеми
небольшими
ФвестЬн как жаропрочный тита-
применяется как конст-
Имеет хорошую пластичность
составляют группу высокопрочных титановых
Сплавы марок БТ16, ВТ15 п
нения в термически упрочненном состоянии,
ние их в отожженном состоя
скольку они имеют высокую
Сплав ВТ6 системы Ti — Ai — V предназначен
изготовления поковок, штамп
других полуфабрикатов. Хоре.
чем состоянии, удовлетворительно
видами сварки, применяемыми для титана. Для восста-
новления пластичности сварного соединения после свар-
ки обязательна термическая
ворительно обрабатывается резанием, обладает высокой
коррозионной стойкостью в отожженном
упрочненном состояниях и рекомендуется
ления сварных конструкций.
Сплав ВТЗ-1 системы Ti — Al —Мо с
добавками Si, Сг и Fe и
новый сплав, предназначенный для изготовления дета-
лей турбин. Последнее времг
рукционный материал для изготовления нагруженных
деталей и конструкций,
при горячей обработке давлением, применяется в отож-
женном состоянии, но может
старением. Сплав удовлетворительно сваривается всеми
видами сварки, применяемыми для титана. После свар-
ки обязательна термическая сбработка для восстановле-
ния пластичности сварнсго соединения. Удовлетвори-
тельно обрабатывается резанием.
Сплав марки ВТ16 системы Ti — Al — Мо отличает-
ся повышенной пластичн
каленном состоянии. Из
проволоку для произвол
дом холодной высадки,
также для изготовления
стенных труб, профилей
холодной высадкой, редуцированием и
последующего рекристалл из г циоппого
ВТ16 используют в отож
стоянии. Сплав имеет высокую коррозионную стойкость
в атмосферных условиях
Сплав марки ВТ15 си,
вый отечественный титан<
туры. Отличительной особенн
обработка. Сплав удовлет-
и термически
для изготов-
упрочняться закалкой и
в отожженном или за-
изготавливают прутки и
крепежных деталей мето-
ав можно использовать
юстыо
него
ттва
Сш
листов, ленты, фольги, тонко-
И пр.
Для изготовления болтов
накаткой без
отжига сплав
:|жепн|ом и нагартоваином со-
и агрессивных средах.
стемы Ti — Al — Mo — Cr пер-
овый
сплав на основе р-струк-
остью его является вы-
7
сокая пластичность в закаленном состоянии, свойствен-
ная металлам с кубической решеткой, и высокая проч-
ность после старения. Из сплава изготавливают листы,
ленты, фольгу, поковки, штамповки, прутки и профили.
Целесообразно применять сплав ВТ 15 только в закален-
ном и состаренном состоянии. Ковка, штамповка и про-
катка осуществляются при повышенных температурах;
топкие листы, фольгу, ленту прокатывают в холодном
состоянии. Операции листовой штамповки, связанные с
большими деформациями, проводят при повышенных
температурах. Сплав удовлетворительно сваривается
всеми видами сварки. По сравнению с другими титано-
выми сплавами оп несколько труднее обрабатывается
резанием. Имеет высокую коррозионную стойкость.
Применяется для изготовления штампосварных конст-
рукций.
Сплав марки ВТ22 системы Ti — Al — Mo —V с
добавками Сг и Fe имеет высокий предел прочности
как в отожженном, так и в термически упрочненном
состоянии. Предназначен для изготовления поковок,
штамповок, прутков, профилей, плит и труб. Из него
могут быть изготовлены крупногабаритные поковки и
штамповки массой до нескольких тони. Ковка и штам-
повка проводятся при повышенных температурах.
Сплав удовлетворительно сваривается сваркой плавле-
нием, аргоно-дуговой и под флюсом, а также контакт-
ной (роликовой и точечной) сваркой. После сварки не-
обходимо проводить отжиг. Сплав ВТ22 удовлетвори-
тельно обрабатывается резанием и имеет высокую кор-
розионную стойкость. Предназначается для изготовле-
ния высокопагруженных деталей и штампованных кон-
струкций. В табл. 1—3 приведены основные механиче-
ские свойства некоторых титановых сплавов [9]. К ли-
тейным сплавам относятся ВТЗ-1Л, ВТ6Л, ВТ9Л,
ВТ20Л. Все они являются литейным вариантом дефор-
мируемых сплавов марок ВТЗ-1, ВТ6, ВТ9, и ВТ20.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧИСТОГО ТИТАНА
ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 20=С
Марка сплава (Г , кгс/ыма crQ 2 кгс/мм’ В, % (не ме- нее} ф, % (не ме- нее
ВТ 1-0 35—50 30—42 30 60
ВТ 1-00 30—45 25—38 30 60
8
Таблица 2
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА а -ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ОТОЖЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
*'- £ >25 СМ то
>35 1 СО СО
со
К.<Ь
Е ° 1 <М I 1
& 1 1
я •*© см
о С ►—<
К
2 и о сэ 1Q о
ж 1 ] 1 1 1
* о о см
« со о
ю см
о см
1 1 ° 1
S к> л1 1 — со о
&
д т
N Я -В. • to «л о ю Ю сч т—
и 1 I
7 W 1 1 1
и? 1 ООО
га о со О о
Э" л
см
кгс /см- 00 —f -TJ1 1 1 1
F юо
га С<Г
а
о о
S м f Lft Ь’ ю 1 1 1
№ 1 1 1 1
С ш ю
к см 0^ о»
h
3 1Л tft см
К см см
3 м 43 J 1 Ю Tf 1
се т-1
к й о
й Ю Ю Ю -и
"и1 01 (О 1 1 f
1 J 1 F соою 1
- 00 Ю СО СП
0
Ъ
(5 С»
Л
й «ч
ч Т-1 О
5 I со о см
Н Е“( Н н
рзО Осарз
9
9, СОРТАМЕНТ ПОЛУФАБРИКАТОВ
ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Благодаря комплексу ценных физико-химических, меха-
нических и технологических свойств, а также широкой
номенклатуре полуфабрикатов из титановых сплавов
последние находят все более широкое применение в
различных отраслях промышленности. Из титановых
сплавов производят холоднокатаные листы, ленту,
фольгу, полосы, трубы, горячекатаные плиты, прутки,
холоднотянутые, прессованные и сварные трубы, кова-
ные прутки, штамповки, сварные и раскатные кольца,
сварочную проволоку, прессованные профили.
В работе [10] приведены перечень технической до-
кументации, по которой производится поставка полу-
фабрикатов из деформируемых титановых сплавов, а
также сортамент промышленной продукции, поставляе-
мой заводами-изготовителями по этой технической до-
кументации.
Штамповки и поковки по форме и размерам должны
соответствовать чертежам, согласованным между по-
ставщиком и потребителем. В чертежах оговариваются:
группа контроля, допуски на размеры, припуски на ме-
ханическую обработку, технологические припуски для
вырезки контрольных образцов, схема вырезки конт-
рольных образцов для всех видов испытаний и места
замера твердости, места постановки ударных клейм
или красочной маркировки.
ГЛАВА 11
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ
В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА
Как уже отмечалось, объем применения титана в самых
различных отраслях промышленности ежегодно растет,
что объясняется как рядом ценных физико-химических
свойств и хорошей обрабатываемостью титана и его
сплавов, так и возможностью замены ими дефицитных
10
металлов: легированных сталей, цветных сплавов, нике-
ля и т. и. Однако простая замена дорогостоящих мате-
риалов недостаточна. Для создания новых образцов
высокоэкопомичных машин и механизмов необходимо
комплексное использование свойств титановых сплавов.
Экономический эффект от применения титана и его
сплавов сказывается не только в снижении стоимости
машины или механизма, но и в повышении их конку-
рентоспособности с аналогичными изделиями из тради-
ционных материалов.
Поскольку транспортное, энергетическое, горное,
сельскохозяйственное, дорожное и другие виды машино-
строения пока еще не обладают достаточным опытом ис-
пользования титана и его славов, предоставляется целе-
сообразным рассмотреть общие вопросы определения эко-
номической эффективности, подтвердив выдвигаемые по-
ложения рядом конкретных примеров. Технике-экономи-
ческое обоснование применения титановых сплавов в
различных отраслях промышленности основывается
прежде всего на сравнительно низких показателях стои-
мости единицы объема, коррозионных потерь металла в
расчете па 1 м2 поверхности и операций по обработке
1 кг (единицы) изделия. Не менее важна возможность
значительной интенсификации производственных про-
цессов и улучшения технических характеристик изделия.
Определяющей для оценки экономической эффективно-
сти является первоначальная стоимость.
Полуфабрикаты из титановых сплавов в 3—4 раза
дороже своего основного конкурента — нержавеющей
стали, однако прочность их гораздо выше, а металлоем-
кость меньше в 3—4 раза. Издержки, обусловленные
потерями металла с единицы площади изделия при
применении титана и его сплавов в большинстве агрес-
сивных промышленных сред гораздо ниже, чем при при-
менении нержавеющей стали. В связи с этим стоимость
оборудования из титана и его сплавов только в 2—3
раза выше стоимости аналогичного оборудования из
нержавеющей стали, а в ряде случаев одинакова [11].
Главный эффект от использования титановых сплавов
достигается при эксплуатации оборудования. Здесь на-
чинают действовать такие факторы, как несравнимо
более высокая долговечность в агрессивных средах, на-
дежность при повышенных нагрузках, коррозионная
стойкость. Все это при правильном выборе области
применения титана и его сплавов гарантирует высокую
экономическую эффективность даже при сравнительно
высокой стоимости.
Авторы работ [11, с.14—17; 12, 13], на протяжении
многих лет анализирующие эффективность применения
титана в различных отраслях промышленности, указы-
вают на ошибки, которые часто допускаются в экономии
веских расчетах конкурентоспособности титана и его
сплавов по отношению к нержавеющей стали и анало-
гичным материалам. Ошибки эти приводят к дискреди-
тации титапа как конструкционного материала или, на-
оборот, к необъективной оценке его преимуществ.
К числу наиболее характерных ошибок А, И. Канюк .
относит:
принятие неоправданно высокого срока службы
изделий из титана (50 лет и более) без учета морально-
го старения;
принятие срока службы изделии из традиционных
материалов, исходя из норм амортизационных отчисле-
ний, без учета фактического времени, которое ниже в
10 и более раз;
применение к изделиям из титана норм амортизаци-
онных отчислений, разработанных для гораздо менее
долговечных изделий из традиционных материалов;
недоучет малой плотности титана по сравнению со
сталью и производства расчетов по стоимости единицы
массы, а не объемных характеристик.
Ошибки искажают расчет и не дают возможности
определить истинную экономическую эффективность при-
менения титана в народном хозяйстве и возможные
области его использования. В связи с этим при расче-
тах экономической эффективности применения титана
необходимо пользоваться типовой методикой.
Показателем сравнительной экономической эффек- .
тивности капитальных вложений, какими являются и
затраты на титановые изделия, если стоимость единицы
его превышает 50 руб. или если оно служит более года, .
является минимум приведенных затрат. Каждый ва-
риант конкретного решения по созданию и внедрению
новой техники описывается уравнением
= min,
где Ki — капитальные вложения по каждому варианту;
Ci — текущие затраты (себестоимость) по тому же
варианту;
12
Ен — нормативный коэффициент эффективности ка-
питальных вложений.
Показатели С] и К-, могут применяться как в полной
сумме, так и в виде удельных величин. Годовой эконо-
мический эффект определяется сравнением приведенных
затрат по каждому варианту.
Характерно, что получение экономического эффекта
от применения титановых изделий само по себе еще не
подтверждает целесообразность их использования. Не-
обходимо обязательное достижение окупаемости зат-
рат на титановые изделия за счет годового экономиче-
ского эффекта за 8 или менее лет.
При расчете капитальных вложений их объем (по
заменяемым изделиям или оборудованию) с учетом
разновременности вложений целесообразно корректиро-
вать с приведением затрат более поздних лет к первому
году эксплуатации с помощью «коэффициента приведе-
ния» В:
о . 1
(С1+ВНП)Г’
где Т—период времени приведения, в годах;
£"н.п — норматив для приведения разновременных
затрат (0,08).
Такая корректировка капитальных вложений имеет
экономический смысл при значительной разнице в сро-
ках службы традиционной и титановой техники.
Сказанного, по нашему мнению, достаточно для то-
го, чтобы представить себе общие принципы образова-
ния экономической эффективности применения титана.
Приведем ряд примеров. Прежде всего укажем на ус-
редненные экономические эффекты (в расчете на 1 т
титапа в изделии) в основных отраслях промышленно-
сти. Такой анализ па основании накопленного за мно-
гие годы фактического материала был сделан в Инсти-
туте титана и касается особо удачных примеров эффек-
тивного внедрения новой техники.
В результате расчетов было установлено, что каж-
дая тонна титановых изделий дает в год следующий
экономический эффект, тыс. руб.:
По цветной металлургии ......... 10—15
По химической промышленности.............. 10—33
По гальванотехнике................... 30—40
По целлюлозно-бумажной промышленности . 15—20
13
По пищевой промышленности................ 7—10
По черной металлургии.................... 5—10
По энергомашиностроению.................. 35—40
Основой экономического эффекта в данном случае
являются следующие факторы:
экономия на сокращении простоев и затрат на ре-
монты;
использование более агрессивных сред, высоких дав-
лений, температур, т е. интенсификации процессов;
использование более коротких технологических схем
и улучшение качества продукции за счет ликвидации
коррозии;
возможность создания принципиально новых машин,
изделий, технологических процессов, автоматизация
и комплексная механизация;
увеличение срока службы изделий.
2. ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Титановые сплавы по коррозионной стойкости при использовании
во многих агрессивных средах находятся вис конкуренции по срав-
нению с нержавеющими, кислотоупорными сталями [14], Работы
по расширению областей применения титана в цветной металлургии
были выполнены сотрудниками Института титана канд. техн, наук
Г, А. Колобовым, Ю. В. Добруновым, В. П, Иванпловой, А, А, За-
харович, Л. С. Яременко, Э. Д. Филипповой и др. Титан, являясь
продукцией цветной металлургии, во многом способствует получе-
нию качественных металлов, техническому прогрессу в отрасли
[15, 16].
Анализ работы основного и вспомогательного оборудования
показывает, что цветная металлургия имеет большие возможности
для дальнейшего расширения внедрения титана. За счет увеличения
сроков службы и надежности оборудования, снижения эксплуата-
ционных затрат, повышения качества продукции применение 1 т ти-
танового проката в виде изделий в цветной металлургии дает в год
примерно 5 тыс, руб. экономии [10]. Титановое оборудование наш-
ло распространение на предприятиях нике ль-кобальтовой и титапо-
магниевой промышленности, в производстве меди, цинка, свинца н
олова, вольфрама и молибдена, ртути, сурьмы, кадмия, золота и
других драгоценных металлов, алюминия и твердых сплавов, а так-
же на предприятиях по обработке цветных металлов. Титан приме-
няют в виде проката; из него изготавливают довольно крупное по
габаритным размерам и ответственное по назначению оборудование.
Высокоэффективно применение титана в виде литых и спеченных
изделий (арматура, насосы и пр.).
Промышленная эксплуатация титановых насосов взамен чугун-
ных или выполненных из кислотоупорных сталей на перекачке хло-
ристых солей калия, натрия и магния со слабой соляной кислотой
позволила увеличить срок службы их в 15—20 раз, снизить потери
жидкости при транспортировке в 2,5 раза. Это дало предприятиям
условный годовой эффект 900—1800 руб. на один [40]. Пер-
14
выми в отрасли начали широко применять титановое оборудование
предприятия по производству никеля и кобальта. Перечень приме-
няемого титанового оборудования насчитывает более 200 наимено-
ваний, среди которого фильтровальное оборудование, автоклавы,
выпарные аппараты, реакторы, баки, экстракторы, насосы, запорная
арматура, вентиляторы, матрицы, хлорные эжекторы, скрубберные
устройства и др.
Титановые сплавы в силу своих преимуществ перед другими
конструкционными материалами находят большое применение в ти-
тано-магниевой промышленности.
В цехах хлорирования установлены и пущены в эксплуатацию
сгустители-отстойники шлама, поступающего с титановых хлорато-
ров, на переделе обезвреживания производственных газов—пенные
аппараты. Ожидаемый эффект—'увеличение срока службы до
20 лет. На переделе электролиза магния эксплуатируются титановые
насосы для перекачки растворенных в виде возгонов магниевых
электролизеров. Срок службы чугунных насосов не превышал I—
2 месяцев, титановые служат 5 лет. Эффективно использование ти-
тана в газоочистных сооружениях производства титана и магния.
Эффективным средством увеличения сроков службы оборудова-
ния в производстве редких металлов, а также повышения качества
полученного продукта является применение титановых сплавов.
Проблема защиты оборудования от коррозии в производстве чи-
стых металлов стоит также остро, как и на других предприятиях
цветной металлургии. Работы, проведенные Институтом титана, под-
твердили возможность и перспективность применения титана для
изготовления коррозионностойкого оборудования. Применение тита-
на для изготовления вентиляционного оборудования позволило по-
лучить годовую экономию около 50 тыс. руб. Перспективной об-
ластью применения титана является производство редкоземельных
металлов. На основании проведенных исследований титан рекомен-
дован для изготовления реакторов, экстракторов, трубопроводов,
запорной арматуры, насосов, нутч-фильтров.
Основным потребителем титанового оборудования наряду с ни-
кель-кобальт о вой и титано-магииевой отраслями становится про-
мышленность по производству меди. Определяется это высокой кор-
розионной стойкостью титановых сплавов в средах медеэлектролиг-
ного и сернокислотного производств.
Внедрение титана в свинцовом производстве позволило увели-
чить срок службы оборудования и межремонтные периоды. Из ти-
тана изготовлены и успешно прошли испытания вентиляторы, газо-
ходы, дроссели, детали электрофильтров.
В цинковом производстве применяется гидрометаллургический
способ переработки обожженных в печах кипящего слоя цинковых
концентратов. Для замены на титановое рекомендуется следующее
Оборудование: газоходы, циклоны, электрофильтры, вентиляторы,
желоба, трубопроводы, насосы, сгустители, пачуки, вакуум-
фильтры.
На заводах цветной металлургии основное применение титан
находит как заменитель изделий из драгоценных и других металлов,
пластмасс, нержавеющих сталей. Рекомендовано применять титан в
солянокислых и сернистых растворах тиомочевины: колонки иони-
тоа для регенерации смолы, теплообменники ионообменной установ-
ки, б аки-сгустители, катоды при электрохимическом выделении зо-
лота, трубы и запорную арматуру для транспортировки растворов.
15
Из титана можно изготовлять реакторы и другое оборудование, ис-
пользуемое при обработке н обогащении в алмазной промышленно-
сти.
В производстве вторичных драгоценных металлов титан реко-
мендован для изготовления реакторов, вакуум-насосов ВН-3, цент-
робежных насосов и вентиляторов, выпарных чаш, путч-фильтров,
емкостей, работающих под вакуумом.
Металлургия алюминия характеризуется наличием очень агрес-
сивных сред, содержащих ионы фтора и абразив. Применение тита-
на на стадии электролиза расплавов для изготовления основного
и вспомогательного оборудования исключено из-за применения высо-
ких температур и наличия в среде конов фтора. Однако на некото-
рых участках производства титановое оборудование может найти
применение, например в газоочистке.
3. ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Применение титанового оборудования на сталеплавильных, коксо-
химических, ферросплавных и других заводах позволяет увеличитв
срок его службы, интенсифицировать существующие и создать новые
технологические процессы, получись не загрязненный качественный
продукт. На металлургических, метизных, сталепрокатных, стале-
проволочно-капатных, трубопрокатных и других заводах имеются
травильные участки для удаления окалины с поверхности металла.
Испытания, проведенные Институтом титана на заводе «Запорож-
сталь», позволяют рекомендовать титан для изготовления трубопро-
водов слива отработанных травильных растворов, вентиляционной
системы и другого оборудования травильных участков. Установка
титанового трубопровода, несмотря па большие затраты, позволяет
получить экономический эффект. Срок службы трубопровода из ти-
тана будет исчисляться десятками лет, так как скорость коррозии
в отработанных травильных растворах не превышает 0,01 —
0,05 мм/год. Перспективным является облицовка существующих
ванн сернокислотного травления листовым титаном. Срок службы
существующих ванн, облицованных резиной, диабазовой плиткой и
кислотоупорным кирпичом, составляет не более 3 лет, листовым ти-
таном — десятки лет. Несмотря на высокую стоимость титана, эко-
номически целесообразно применять его в травильном оборудо-
вании.
Высокая коррозионная стойкость титана в сернистых газах (при
температуре 50°.С скорость коррозии 0,008 мм/год) позволяет реко-
мендовать его для изготовления электрофильтров коксохимического
и ферросплавного производств, на газоочистных сооружениях.
Совместными исследованиями Института титана и отраслевых ин-
ститутов черной металлургии накоплены экспериментальные данные
по стойкости сплавов титана в ряде основных промышленных сред
на заводах черной металлургии.
Коксохимическое производство характеризуется наличием кис-
лот, щелочей, агрессивных газов, которые резко сокращают сроки
службы аппаратов и трубопроводов. Коррозионная стойкость тита-
на в агрессивных средах коксохимического производства превосхо-
дит все высоколегированные нержавеющие стали. На Запорожском
коксохимзаводе работают титановые кристаллизаторы, насосы, тру-
бопроводы, растворитель и другое оборудование участка роданистых
солей.
16
4, ТИТАН В ХИМИИ И НЕФТЕХИМИИ
Одним из основных потребителей титана средн отраслей народного
хозяйства является химическая промышленность. По объемам по-
требления ей принадлежит второе место. Анализ свойств материа-
лов, которыми располагает современная техника, показывает, что
титановые сплавы обеспечивают в химии снижение эксплуатацион-
ных затрат, безаварийность работы, возможность создания усовер-
шенствованных конструкций, исключают дорогостоящие и трудоем-
кие работы ио футеровке. Эксплуатация первых титановых аппа-
ратов показала его ценность как конструкционного материала для
основных химических и нефтехимических производств.
Титановое оборудование, кроме промышленности СССР, изго-
тавливается и широко применяется в США, Японии, Англии, ФРГ,
Франции, Швеции, Италии, а также в ЧССР, НРБ И Др.
В литературе 1[16-30] содержатся многочисленные сведения
по коррозионной стойкости титана и его сплавов в отраслях народ-
ного хозяйства.
В настоящее время известно свыше шестисот промышленных
сред, где поведение титана хорошо изучено. В производствах дву-
окиси хлора, ацетальдегидов, гербицидов и др. титан является един-
ственным коррозионностойким материалом.
Ведущей отраслью химической промышленности является про-
изводство хлора и продуктов на его основе. Промышленные среды
при получении хлора очень агрессивны. Нержавеющие стали, ап-
параты из стали, гуммированной иди футерованной, подвергаются
интенсивной язвенной коррозии, требуют частых и продолжительных
ремонтов. В то же время скорость коррозии титана при производ-
стве хлора не превышает 0,1 мм/год. Из титана изготавливают
фильтры и подогреватели рассола, теплообменники, насосы, емкости,
коллекторы хлоргаза и другое оборудование. Изучение и обобще-
ние имеющегося опыта, распространение его во всех цехах получе-
ния хлора и каустика дает большой экономический эффект. Из ти-
тана и его сплавов рекомендовано также изготовление корроэион-
постойкого оборудования для получения солей и удобрений (мер-
ников, контейнеров, ректификационных колонн, реакторов, сборни-
ков) .
При производстве продуктов органического синтеза титан ре-
комендован для изготовления колоть реакторов, теплообменников,
емкостей, трубопроводов, запорной арматуры.
Применение титановых теплообменников для охлаждения газо-
образного хлора исключает из схемы громоздкую систему пром-
банки, позволяет сократить потери хлора, уменьшить простои и за-
траты на ремонт.
Кроме компактного металла, в химической промышленности
нашли применение прессованные изделия из титанового порошка:
фильтры, втулки, кольца, насадки и др. В производстве капролак-
тама применяются из титанового порошка «кольца Рашнгаэ, что
позволило получить годовой экономический эффект 8 тыс, руб на
одну колонну. Имеющиеся данные свидетельствуют о перспектив-
ности использования титана в нефтехимической промышленности.
Уже есть опыт внедрения реакторов полимеризации пропилена,
пульсатора к разлагателю, конденсатором, колонн отмыъки и другого
оборудования. Рекомендовано применять титановые.... сплавы” при
2 Зак. 155
17
первичной обработке нефти (деэмульсации) для теплообменников,
отстойников, резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов,
запорной арматуры, трубопроводов сточных вод и сырой нефти.
5. ТИТАН В ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Исследования по замене существующего оборудования титановым
в производстве целлюлозы были выполнены под руководством
К. К. Сахно и подтвердили техническую и экономическую целесооб-
разность этого. До настоящего времени защита оборудования про-
изводилась кислотоупорной плиткой на силикатной кислотоупорной
замазке и керамической плиткой на свппцово-глстоглицериповой за-
мазке. Институт титана совместно с отраслевыми институтами и го-
ловными заводами отрасли выполнил исследования по определению
стойкости сплавов титана в агрессивных технологических средах цел-
люлозно-бумажного производства.
Изучение условий эксплуатации оборудования целлюлозно-бу-
мажного производства, проведенное Институтом титапа и ведущими
институтами отрасли, показало, что в ближайшие годы предприя-
тия целлюлозно-бумажной промышленности расширят применение
титана [31].
6. ТИТАН В ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ
Основное назначение металлопокрытий — защита металлических из-
делий от коррозии, вызываемой химическим или электрохимическим
воздействием внешней среды. Наиболее распространенным способом
нанесения металлопокрытий является гальванический. Несмотря на
обширный перечень материалов, применяемых для защиты оборудо-
вания, проблема стойкости и долговечности гальванического обору-
дования еще не решена окончательно. Проблему выбора материала
для оборудования, обладающего высокой коррозионной стойкостью
в большинстве электролитов, удается решить с применением тита-
новых сплавов.
Использование титана для теплообменной аппаратуры даст тех-
нические и экономические преимущества. Титан широко применяют
при изготовлении подвесок для анодирования деталей из алюминия
и алюминиевых сплавов. Опыт применения титана как конструкци-
онного материала для гальванического оборудования в СССР и за
рубежом показывает технико-экономическую целесообразность его
использования. Анализ проведенных расчетов экономической эффек-
тивности от внедрения титанового оборудования в различных про-
цессах гальванотехники показывает, что внедрение титана дает го-
довой экономический эффект в сумме 35—40 тыс. руб. на 1 т титана.
Более подробно вопросы применения титана в гальванотехнике рас-
смотрены в работе 'Т32].
7. ТИТАН В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Анализ применения титана в народном хозяйстве показал, что
80% его используется в качестве коррозионностойкого материала п
только 20% как конструкционного. Такая диспропорция сложилась
не случайно, поскольку первыми потребителями титана были цвет-
ная металлургия, химия и нефтехимия, целлюлозно-бумажная про-
18
мышлениость, гальванотехника я черная металлургия, В настоящее
время титан и его сплавы находят широкое применение в машино-
строении благодаря комплексу ценных физико-химических и техно-
логических свойств.
Одним из путей повышения надежности и долговечности деталей
и узлов автомобилей и двигателей является применение новых кон-
струкционных материалов, таких как титановые сплавы, имеющие
высокую прочность, выносливость при знакопеременных нагрузках,
легкость и нечувствительность к надрезам. Их целесообразно исполь-
зовать для изготовления особо ответственных деталей автомобилей
и двигателей.
Известно, что на восстановление действующего парка машин
(ремонты и межремонтное обслуживание, осмотры, проверки) еже-
годно расходуются десятки миллионов рублей. Затраты на ремонт и
межремонтное обслуживание в год составляют около 25% стоимости
.машины. Трудоемкость капитального ремонта грузового автомобиля
в 3—4 раза больше трудоемкости его изготовления. Десятки заво-
дов заняты выпуском запасных частей. Детали из титановых спла-
вов надежны и долговечны и при работе в автомобилях и двигате-
лях они позволяют сократить ремонты и межремонтное обслужива-
ние и, следовательно, сэкономить миллионы рублей. Опыт примене-
ния титановых сплавов в СССР и за рубежом показывает, что наи-
более целесообразно использовать титановые сплавы для деталей
высоконарруженных двигателей, несущей конструкции н ходовой
части автомобилей.
Известно, что основным тяжслонагруженным узлом в работе
двигателя является шатунно-поршневая группа. Предварительными
расчетами установлено, что уменьшение массы шатуна позволит
уменьшить инерционные нагрузки, массу противовесов, расход горю-
че-смазочных материалов, увеличить число оборотов двигателя, по-
высив тем самым его мощность.
В Институте титана были проведены исследования по отработ-
ке технологии штамповки шатуна дизеля. При выборе сплавов для
шатунов сопоставили физико-механические свойства некоторых ти-
тановых сплавов с таковыми обычно применяемых сталей и тщатель-
но изучили поведение последних при штамповке, а также в условиях
их длительной эксплуатации. Сопоставление всех результатов иссле-
дований показало, что качество материала заготовки дизельного ша-
туна нз сплава ВТЗ-1, ВТ5-1, ВТ8 удовлетворительное, макрострук-
тура по сечению' заготовки мелкозернистая, рекристаллизационная.
В настоящее время на одном нз дизелестроительных заводов шату-
ны внедрены в серийное производство и получен значительный тех-
нико-экономический эффект.
Целесообразность применения титановых сплавов в энергетике
определяется экономическими и техническими соображениями. Так,
имеются условия, когда применение титановых сплавов с высокой
удельной! прочностью абсолютно необходимо, поскольку нет пока
других технических средств и .металлов, например, для изготовления
весьма длинных рабочих лопаток паровых турбин (/> 10004-1200 мм).
Применение титановых сплавов для крупных рабочих лопаток дли-
ной менее 1000 мм, изготовляемых обычно из стали, привело бы к
разгрузке напряженного ротора цилиндра низкого давления турбин
и повысило надежность конструкции в целом. Высокая коррозиоино-
эрознопная стойкость титановых лопаток также способствовала бы
длительному сохранению высокого к. п. д. цилиндра низкого давле-
2* Зак. 159
19
пия турбины. Однако большая стоимость и сложность изготовления
пока сдерживают здесь внедрение титановых сплавов.
Учитывая недефицигиость титановых сплавов, прекрасное соче-
тание прочности, коррозионной стойкости и других свойств, а также
ожидаемое в ближайшее время значительное понижение стоимости
изделий из них, целесообразно наметить еле дующие работы но ис-
пользованию титановых сплавов для энергетических установок.
Для паровых турбин; продолжение работ но исследованию
штампованных заготовок для крупных рабочих лопаток и изыска-
нию рационального метода упрочнения кромок этих лопаток; изуче-
ние вопросов применения титановых демпфирующих связей для
крупных лопаток; проработка вопроса о возможности изготовления
турбинных дисков диаметром до 2000 мм.
Для компрессоров; продолжение работ по исследованию ком-
прессоров высокой производительности для газотурбинных и паро-
газовых установок большой мощности с титановыми лопатками.
Для конденсаторов; экспериментальное опробование титановых
труб для конденсаторов, работающих на морских электростанциях
п на станциях с агрессивной охлаждающей водой.
Для малонапряженных деталей, работающих в агрессивных сре-
дах; выбор и опробование дешевых (вторичных) титановых сплавов
для изготовления коррбзиопностойких малой а груженных деталей
энергетических установок (маслоохладители, масляные баки).
8. ТИТАН В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Борьба с коррозией металлов в пищевой промышленности имеет свои
особенности. Выбор материала представляет важную проблему. В
последние годы доказано, что материалом, в наибольшей мере от-
вечающим требованиям пищевых производств, является титан.
В работе .[13] показана целесообразность использования тита-
на для изготовления основного оборудования пищевой промышлен-
ности.
В СССР имеется опыт по применению титана в винодельческой
промышленности, а также рекомендуются к изготовлению из тита-
на центрифуги, емкости для хранения, выдержки и тепловой обра-
ботки материалов, мерные цистерны для перевозки готовой продук-
ции, бочкотара, различные установки и дозаторы, работающие со
щелочами в кислотами, аппараты для обработки продуктов холодом,
аппараты для непрерывного производства хереса, фильтрующие
элементы для различных фильтров, утилизационные установки, обо-
рудование цехов переработки винограда, прессы и многое другое.
Опыт успешного применения титана имеет крахмало-паточная про-
мышленность, рыбоперерабатывающая, сахарная. Более подробные
сведения об использовании титана в агрессивных средах пищевой
промышленности приведены в работе '[13].
9. ТИТАН В МЕДИЦИНЕ
В медицине титан применяют прежде всего из-за его биологической
нейтральности по отношению к организму живого существа в соче-
тании с высокими механическими свойствами, антикоррозионной
стойкостью, а также дешевизной и доступностью. Эти качества ти-
тана, усиленные специфическими свойствами, и обеспечили очень
большой интерес к нему и интенсивное проведение конструкторских
20
'ЖЖ'
работ и клинических испытаний для самых различных 11адеЛП|{
струкция из титановых сплавов хорошо переносится
организмом, обрастает костной и мышечной тканью. Металл t!b*X*
тически не корродирует в агрессивных средах человеческого теля, й
структура тканей, окружающих титановые конструкции, не HBMttW
ется на протяжении длительного времени.
Впервые титан использовали для хирургических инструментов в
1965—1966 гг. при изготовлении имплантата глазного яблока. В
настоящее время разработаны и переданы в клинические учрежде-
ния на испытания хирургические инструменты более 200 наимено-
ваний. Более подробно о применении титана в медицине сказано в
работах *[10, 18—20].
В заключение следует отметить, что основным сдерживающим
фактором расширения использования титана в промышленности в
настоящее время является специфичность и определенная сложность
его в обработке, малая осведомленность широкого круга производ-
ственных и технических работников о его технологических свойст-
вах.
ГЛАВА HI
НАГРЕВ ЗАГОТОВОК
ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Титан является активным химическим элементом и об-
разует прочные соединения с кислородом. При темпера-
турах до 300°С на поверхности титана образуется окис-
ная пленка, которая делает его вполне устойчивым на
воздухе и в среде многих газов.
При высоких температурах титан и его сплавы ак-
тивно взаимодействуют с окружающей средой, что мо-
жет вызвать нежелательное поверхностное или прони-
кающее газопасыщение и даже воспламенение. Поэтому
нагрев заготовок перед ковкой и штамповкой должен
обеспечить минимальное насыщение нагреваемого ме-
талла газами, равномерный нагрев металла по всему
сечению в минимальное время, недопущение образова-
ния трещин за счет резких перепадов температуры по
сечению нагреваемого металла, минимальный рост
зерна.
Так как на машиностроительных заводах нагрев за-
готовок производится в основном в печах с воздушной
атмосферой, то здесь будут рассмотрены лишь режимы
нагрева заготовок из титановых сплавов в электриче-
ских и газовых печах.
21
1. ОБРАЗОВАНИЕ окалины и газонасыщение
поБерхности при нагреве на воздухе
При нагреве титановых сплавов в воздушной среде на
их поверхности образуется окалина. Однако кислород
и азот не только образуют окалину, но и проникают в
металл на некоторую глубину, образуя твердый раст-
вор внедрения, сильно снижающий пластичность метал-
ла. Это существенно отражается на механических и тех-
нологических свойствах полуфабрикатов или изделий
[33—35]. Повышение температуры нагрева приводит к
увеличению скорости процессов окалинообразования и
диффузии. Если образование окалины ведет к безвоз-
вратным потерям металла, то последствия диффузии
газов в металл значительно серьезнее. Слой окалины,
образовавшийся на поверхности полуфабрикатов, под-
лежит удалению различными методами и это достаточ-
но надежно можно контролировать. Существование
диффузионного слоя трудно поддается контролю. Более
детально вопросы диффузии газов в титан при нагреве
его на воздухе и влияние диффузионного слоя на меха-
нические и эксплуатационные свойства полуфабрикатов
и деталей представлены в работе [36]. В настоящей
главе рассмотрены вопросы окисления титана. Газоиа-
сыщение титана па воздухе подробно изложено в рабо-
тах [37—41].
Окисный слой (окалина) образуется на поверхности
титановых изделий в результате химического взаимо-
действия титапа с кислородом. Окисный слой состоит в
основном из рутила — двуокиси титана. Кроме этого, в
нем могут присутствовать TiO, Ti2Oa и другие окислы,
а также продукты химического взаимодействия легиру-
ющих элементов с кислородом. Интенсивность окисле-
ния зависит от состава сплава, температуры, скорости
нагрева и других факторов.
Газопасыщснный слой — это поверхностный слой
металла, возникающий при нагреве в среде, содержа-
щей кислород, и характеризующийся повышенным со-
держанием элементов внедрения по сравнению с основ-
ным металлом. Газонасыщенный слой, образовавшийся
при нагреве на воздухе, представляет собой твердый
раствор переменного состава кислорода в а- или р-фа-
зах титана. При нагреве выше 1100°С повышается кон-
центрация азота в поверхностном слое. Степень насы-
щения и глубина проникновения азота меньше, чем
22
кислорода, а характер его влияния на протекание раз-
личных процессов и свойства сплавов аналогичен. Поэто-
му присутствие азота не вносит особых качественных
изменений в явления, обусловленные насыщением ме-
талла кислородом.
Фазовый состав сплава определяет характер строе-
ния газонасыщенного слоя. При нагреве сплавов в ct-
и (а + р)-областях концентрация кислорода уменьша-
ется в направлении от поверхности в глубь металла;
при нагреве в p-области газопасыщенный слой состоит
из двух участков: непосредственно к окисному слою
примыкает зона, наиболее насыщенная кислородом
(азотом), в которой сплав претерпевает аллотропиче-
ское p-wx-пр ев ращение, второй участок представляет
собой при температуре насыщения обогащенную приме-
сями внедрения p-фазу. Интенсивность насыщения
сплавов титана кислородом зависит от скорости проник-
новения его в металл из окисного слоя и проникнове-
ния во внутренние слои сплава.
Наиболее загрязненная кислородом (азотом) зона
может быть выявлена металлографически без специаль-
ной термической обработки благодаря отличию ее от
структуры остальной части газонасыщенного слоя и
основного металла. Эта зона соответствует наиболее
хрупкому участку газонасыщенного слоя с твердостью
HV 500—600. Изменение содержания газов в объеме
металла влияет на физико-механические свойства спла-
вов титана. С повышением концентрации кислорода в
сплаве возрастают прочность и твердость, а пластич-
ность и ударная вязкость снижаются. В результате
взаимодействия титана с кислородом и азотом могут
быть улучшены антифрикционные свойства малонагру-
женных деталей и коррозионная стойкость их в ряде
агрессивных сред. Кроме этого, наличие на поверхности
окисного и газонасыщенного слоев приводит ко многим
нежелательным последствиям: окисный слой снижает
стойкость штампов и режущего инструмента, дополни-
тельно загрязняет металл кислородом при сварке и на-
пэеве в вакууме или инертной среде, ограничивает про-
текание пластической деформации в поверхностном
слое, увеличивает безвозвратные потери металла, ухуд-
шает товарный вид изделия.
Газонасыщенный слой увеличивает износ режущего
инструмента, повышает опасность образования трещин
§3
при формообразовании и сварке, способствует разви-
тию структурной и химической неоднородности сплавов
и увеличению разброса их свойств, увеличивает чувст-
вительность к концентраторам напряжений, особенно
при низкой температуре, снижает работоспособность
сильно нагруженных изделий. Окисный и газонасыщен-
ный слой сильно затрудняют удаление водорода при
дегазационном отжиге и ухудшают сцепление металли-
ческих покрытий с основой.
В заготовках, подвергающихся холодному деформи-
рованию, сварке, пайке, нанесению металлических по-
крытий, дегазации, не допускается наличие газонасы-
щенного слоя. Для уменьшения степени загрязнения га-
зами рекомендуется применять высокоскоростные спосо-
бы нагрева (индукционный, электроконтактный, радиа-
ционный), не допускать перегрева металла и превышения
минимально необходимой продолжительности пребыва-
ния заготовок и деталей в нагретом состоянии перед
пластической деформацией и при термообработке, ис-
пользовать при нагреве контролируемую атмосферу —
аргон, гелий, вакуум, а также защитные покрытия и
металлические оболочки, пе допускать при удалении
окисных пленок и газонасыщенного слоя в щелоч-
ных расплавах и кислотных растворах применения со-
ставов и режимов, приводящих к значительному наво-
дороживаншо металла, пе применять при изготовлении
фасонных отливок форм из меди, графита и пропитан-
ной хлоридами керамики..
Окисный слой, не отделяющийся самопроизвольно с
поверхности изделий при охлаждении, можно удалить
механической обработкой резанием, обдувкой дробью
или песком, галтовкой, абразивной зачисткой либо
травлением в щелочных расплавах или кислотных раст-
ворах. Газонасыщенный слой удаляют либо механиче-
ской обработкой одновременно с окисным слоем, либо
травлением в кислотных растворах,
2, НАВОДОРОЖИВАНИЕ
Нагрев полуфабрикатов й деталей па воздухе сопро-
вождается повышением содержания водорода в метал-
ле. Наиболее интенсивно наводороживание происходит
при нагреве в мазутных и газовых печах, во влажном
воздухе. Проникновению водорода в титан препятству-
ет наличие на поверхности изделия окисного и газона-
24
сыщенного слоев. Водород образует твердые растворы
внедрения с а- и p-фазами титана, стабилизируя пос-
леднюю. В результате большей растворимости водорода
в p-фазе он преимущественно располагается в участках
этой фазы. При охлаждении растворимость водорода в
титане уменьшается и весь избыточный водород связы-
вается в выделения гидр ид ной фазы, располагающейся
преимущественно по межкристаллитным сочленениям и
определенным кристаллографическим плоскостям внут-
ри зерен. Загрязнение металла водородом происходит
и при обработке изделий в щелочных расплавах и кис-
лотных растворах. Если подобная обработка не сопро-
вождается разогревом поверхности выше 100°С, водо-
род концентрируется в наружной зоне металла, образуя
диффузионный наводороженный слой. Загрязнение ти-
тана водородом нежелательно, так как приводит к по-
нижению пластичности и сопротивлению материала
разрушению, возрастает склонность к появлению холод-
ных трещин в напряженном состоянии в процессе де-
формации или длительного воздействия растягивающих
напряжений, понижается термическая . стабильность
жаропрочных сплавов, увеличивается чувствительность
к концентраторам напряжений при комнатной и низкой
температуре, ухудшается свариваемость, снижаются ра-
ботоспособность и эксплуатационная надежность из-
делий.
Ограничить или снизить содержание водорода мож-
но, если использовать защитные покрытия, изолирую-
щие поверхность изделия от контакта с окружающей
атмосферой, и если применять специально подобранные
растворы для травления, а также если проводить дега-
зационную термообработку в вакууме.
3. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЗАГОТОВОК
Заготовки из титановых сплавов можно нагревать в ин-
дукционных нагревательных установках, контактным
способом, в электрических печах сопротивления, в соля-
ных расплавах, в пламенных печах [42].
Индукционным способом целесообразно нагревать
цилиндрические заготовки небольшой номенклатуры
при массовом производстве. При большой номенклатуре
заготовок разных диаметров и небольшом объеме про-
изводства желательно применять индукционные му-
фельные печи, работающие на промышленной частоте.
25
Конструкция печей позволяет Осуществлять пабрёв в за-
щитной атмосфере. В муфельных индукционных печах
возможен нагрев фасонных заготовок.
Прогрессивным способом нагрева заготовок под
штамповку, гибку, высадку является контактный наг-
рев, обеспечивающий большую скорость нагрева, высо-
кую экономичность и облегчающий условия работы. Фа-
сонные заготовки рекомендуется нагревать в электриче-
ских печах методического типа или в двухкамерных,
а также двухкамерных муфельных печах, обогреваемых
газом или мазутом. Печи, работающие на газе пли
мазуте, допускается применять при отсутствии других
нагревательных устройств. Факел пламени при нагреве
не должен быть направлен на нагреваемые заготовки.
При нагреве титановых заготовок в печи, в которой до
этого была сталь и на поду осталась железная окалина,
может происходить интенсивное взаимодействие метал-
ла с кислородом окалины. Для предотвращения такого
взаимодействия подину покрывают кирпичом или листом
коррозионпостойкой стали [43]. Если необходимо стро-
го контролировать температуру нагрева заготовок, целе-
сообразно применять электрические печи сопротивления
Максимально допустимое время пребывания заготовок
в печи приведено ниже [2]:
Толщина или диа-
метр заготовки,
мм................. 400—350
Допустимое время
пребывания заго-
товки в печи при
температуре ков-
ки, мин .... 240
Толщина или диа-
метр заготовки,
мм................150—100
Допустимое время
пребывания заго-
товки в печи при
температуре ков-
ки, мин .... 90
350—250 250—200 200—150
210 150 120
100—60 60—30 30—10
75 60 50
При нагреве заготовок необходимо обеспечить мини-
мальное время пребывания их при температуре выше
800°С. Охлаждение штампованных заготовок для
уменьшения коробления целесообразно проводить в
ящиках с сухим песком или па листах асбеста, накры-
вая заготовки асбестовым полотном.
4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕФОРМАЦИИ
НА ПЛАСТИЧНОСТЬ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Из рассмотрения диаграмм пластичности (рис. 1) ста-
новится очевидным, что с повышением температуры у
всех титановых сплавов пластичность возрастает, при-
чем у различных сплавов пластичность различна и в
литом состоянии она ниже, чем в предварительно де-
формированном. Из диаграмм допустимых степеней
деформации (рис. 2) видно, что при температурах вы-
ше 1000°С титановые сплавы обладают высокой пла-
стичностью, которая при снижении температуры падает.
На рис. 3 представлено изменение средних удельных
усилий деформирования некоторых титановых сплавов.
С повышением температуры сопротивление деформиро-
ванию снижается. Увеличение скорости деформирования
приводит к росту сопротивления деформации. При пе-
реходе от статического деформирования к динамическо-
му оно увеличивается почти вдвое. Поэтому для горяче-
го деформирования лучше применять оборудование с
малыми скоростями, так как технологическая пластич-
ность при этом возрастает. Для создания благоприят-
ных условий горячего деформирования титановые спла-
вы целесообразно нагревать до температур (1-области.
Однако при таких температурах образуется крупнозер-
нистая структура, что крайне нежелательно, так как
она снижает прочностные и пластические свойства го-
товых изделий. Поэтому для окончательного деформи-
рования используют более низкие температуры, соответ-
ствующие («+р) -области.
Соблюдая определенное сочетание температуры,
степени и скоростей деформации' и последующего ох-
лаждения, можно ряд деталей получать штамповкой
при температурах p-области (р-штамповка) [36].
Штамповка в p-области позволяет повысить точность
штамповок и уменьшить мощность оборудования.
На рис. 4 представлены диаграммы изменения
микроструктуры (по шкале балльности). Исходным ма-
териалом для построения диаграмм были заготовки с
мелкозернистой структурой, соответствующей первому
баллу шкалы микроструктур титановых сплавов. Тем-
пература полного полиморфного превращения (а+(3ч=к
==Р) титановых сплавов приведена в табл. 4. Деформа-
ция с различными степенями при температурах ниже
27
26
Ри-С. 1. Диаграмма технологической пластичности некоторых тплановых спла-
вов [411:
1 —. молот, литое состояние; 2 — молот, деформированное состояние; 3 — гид-
равлический пресс, литое состояние; 4 — гидравлический 'пресс, деформиро-
ванное 'состояние; 5 — разрушение !не наступило
Рис. 2. Диаграмма допустимых степеней деформация некоторых титановых
cnnaiBoB в .зависимости от температуры осадки '[441:
а — гидравлический пресс; <5 — молот; 1— ВТЗ-'J; 2~ ВТ5; 3 — ВТ,14; 4 — ВТ4-0;
---------------деформированное состояние;-------------литое состояние
28
полиморфного превращения практически не сопровож-
дается изменением микрозерпа. Нагрев в jj-области ве-
дет к резкому росту его. Однако увеличение степени
деформации в |3-области сопровождается уменьшением
величины мнкрозерна. У однофазного сплава ВТ 15 рост
микрозерпа не связан с полиморфным превращением и
Гпс. 3. Изменение удельных
давлений для некоторых тита-
новых сплавав при деформации
тта 40% -в зависимости от тем-
пературы /[44]:
/ — ВТ 1-0; —ВТЗ-1; 3 — В.Т44;
4 — ВТ5; ---------- — ди-памп-
ческое деформирование на мо-
лоте; — — — ~ г- статическое
де ф ор \т и ров ап не на гидр я ил ич с-
ском прессе
Fnc, 4, Диаграммы ивиеиения -микроструктуры (по шкале балльности) тита-
новых сплавов марок BT.1-D («), ВТ5 (б)» ВТ34 (а), ВТ15 (а) -в зависн-мостн
от температуры и степени деформации [44]
29
Т а б л и и а 4
ТЕМПЕРАТУРА ПОЛНОГО ПОЛИМОРФНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ И ТЕМПЕРАТУРА НАЧАЛА И КОНЦА
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Сплав Температура полного * 1 ’превраще- ния, °С±20 Температура рекристалли- зации (ориентировочная), °G
начала конца
ВТ 1-0 885—900 600 700
ОТ4-0 850—930
ОТ4-1 910—950 •
BI5-1 980—1030 600 950
ВТ5 980—1030 750 850
ВТЗ-1 960—1000 880 950
ВТ9 980—1020 960 1020
ВТ15 750—800 500 770
ВТ18 1010 900 1000
ВТ20 1010 800 950
ВТ22 840—880 800 825
ВТ23 930 850 880
зависит от температуры и степени деформации. При
температуре выше 900°С наблюдается рост микрозер-
на. В работе [45] исследовали влияние температуры и
степени деформации на структуру и механические
Рис- 5. Влияние: температуры и
степени деформации (см. цифры
у кривых. %} на механические
свойства сплава марки ВТ22 [45 J
свойства сплава марки ВТ22 с
целью разработки основных
технологических параметров
производства точных штампо-
вок при температурах, соответ-
ствующих р- области (р-штам-
повки). Исследования прово-
дили па прутках диаметром
20 мм. На рис. 5 приведены
данные влияния температуры
и степени деформации па ме-
ханические свойства сплава
ВТ22 (отжиг прводили по ре-
жиму: 800°С, 1 ч, охлаждение
с печью до 400°С, затем на
воздухе).
Микроструктура сплава
ВТ22 с повышением темпе-
ратуры деформации огрубля-
ется. В работе [45] приве-
30
дёны также данные по влиянию температуры деформи-
рования на механические свойства и структуру про-
мышленных штамповок из сплава ВТ22, которые под-
тверждают выводы, сделанные при исследовании образ-
цов. Показана возможность получения удовлетвори-
тельных механических свойств путем деформации спла-
ва марки ВТ22 при температурах [3-области 940—970°С
со степенями деформации не менее 30—40% (<тя =
= 100 кгс/мм2, б>6%, ф^18%, ап = 3 кгсм/см2). Од-
нако деформация в 0-области допустима' лишь в случае,
когда она значительна по величине. Но' даже деформа-
ция со степенями более 60% не обеспечивает мелкозер-
нистой структуры, дающей хорошие механические свой-
ства, какую можно получить при деформации при тем-
пературах (а+р)-области.
В целом при выборе температурного интервала го-
рячего деформирования определяющим фактором сле-
дует считать температуру полного полиморфного прев-
ращения сплава. Чем выше температура полиморфного
превращения, тем выше температурный интервал горя-
чего деформирования. Режимы горячего деформирова-
ния промышленных титановых сплавов .выбирают на
основании диаграмм пластичности с учетом удельных
усилий деформирования, а также изменения микро-
структуры и температуры полного полиморфного пре-
вращения. Одновременно нельзя пе учитывать возмож-
ности существующего кузнечно-прессового оборудо-
вания, которое не всегда может удовлетворять требова-
ниям оптимальной технологии производства поковок
и штамповок.
5. НАГРЕВ ИНСТРУМЕНТА
В процессе деформации в местах контакта деформируе-
мого металла с инструментом образуется охлажденный
слой с пониженной пластичностью по сравнению с более
удаленными от контактных поверхностей слоями. Это
вызывает неравномерность деформации, т. е. течение
металла идет в основном внутри деформируемого объе-
ма. Чем меньше разность температур поверхности инст-
румента и деформируемого металла, тем в более бла-
гоприятных условиях будет протекать формообразова-
ние при горячей деформации. При остывании нагретых
заготовок в процессе деформации разность температуры
поверхности и сердцевины титановых сплавов больше,
31
чем у стали и алюминиевых сплавов. Следовательно,
нагрев рабочей поверхности инструмента может значи-
тельно улучшить условия формообразования. Нагрев
инструмента существенно повышает степень возникшей
деформации и улучшает заполнение рельефа металлом.
Как было показано в работе [2], при нагреве инстру-
мента (штампа) до 300°С степень деформации при
осадке на подогретом инструменте по сравнению с
осадкой на неподогретых штампах повышается для ти-
тановых сплавов на 24%.
ГЛАВА IV
СВОБОДНАЯ КОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1. ВЫБОР СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
В производстве полуфабрикатов из титана и его спла-
вов приняты круглые слитки диаметром 350—950 мм
и массой от 0,5 до 15 т, полученные методом вакуум-
ной дуговой плавки. Промежуточную заготовку для
изготовления различных видов проката получают мето-
дом ковки или сортовой прокатки слитков.
Главным критерием целесообразности применения
того или иного способа изготовления заготовок являет-
ся себестоимость продукции. Основными определяющи-
ми себестоимость факторами являются: расход металла
и его стоимость, стоимость изготовления инструмента,
заготовки и механической обработки, имеющееся обо-
рудование и объем производства. В отдельных случаях
определяющим критерием целесообразности применения
способа является получение требуемой структуры и ме-
ханических свойств.
Изготовление заготовок свободной ковкой сопряже-
но, как правило, с повышенным расходом металла и
повышенной по сравнению с прокаткой на сортовых
станах трудоемкостью. Ковкой изготовляют также
крупногабаритные заготовки при отсутствии штамповоч-
ного оборудования требуемой мощности и в единичном
или мелкосерийном производстве, если она экономиче-
ски более целесообразна, чем штамповка [48].
32
2. ОСОБЕННОСТИ КОВКИ.
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ
Предварительная ковка слитков необходима для де-
формации исходной литой структуры, улучшения одно-
родности структуры и повышения пластичности метал-
ла. В качестве исходных заготовок для ковки титано-
вых прутков служат обточенные слитки или катаные
заготовки. Процесс ковки обычно проводят в три этапа
[46—48]:
1. Ковка слитка в p-области с температуры на 150—
250° С выше температуры полиморфного превращения.
Слиток деформируют слабыми частыми ударами со
степенью деформации 20—30%, пока ие будет раздроб-
лена первичная литая структура. После получения не-
обходимого сечения слиток рубят на мерные заготовки.
2. Всесторонняя проработка металла с температуры
па 80—120°С выше температуры полиморфного превра-
щения. Процесс заключается в переменной дву-трех-
кратиой осадке и протяжке со сменой осей и граней. В
результате получают однородную по всему сечению
мелкозернистую рекристаллизованную структуру, ха-
рактерную для деформирования в р-области.
3. Всесторонняя проработка металла в (а+р)-об-
ласти при температуре на 20—40°С ниже температуры
полиморфного превращения.
Решающее влияние па структуру заготовки, величи-
ну и стабильность прочностных и пластических харак-
теристик металла оказывает температурный режим
ковки. Так как в процессе деформации имеет место
тепловой эффект, то существенное влияние приобрета-
ет скорость деформации. Разогрев титановых сплавов
при ковке объясняется высокими усилиями деформиро-
вания и их пизкой теплопроводностью. Скорсть дефор-
мации не должна быть слишком низкой из-за опасности
остывания заготовки и не слишком большой из-за разо-
грева металла. С увеличением скорости деформации
понижается пластичность и увеличиваются усилия и
неоднородность деформации [48].
Для ковки титановых сплавов применяют молоты и
гидравлические прессы. При изготовлении заготовок
диаметром более 150—200 мм и длиной более 2,5 диа-
метров низкотемпературная ковка па молотах становит-
ся трудновыполнимой и может вызвать ухудшение
свойств и образование трещин па поверхности [47]. На
2 |3ак. 1Е9
33
прессе можно деформировать в (а+р)-области заготов-
ки большего размера, чем на молоте. Ниже приведены
рекомендуемые молоты для ковки титановых заготовок
в зависимости от размера их сечения [48]:
Сторона квадрата или д и ам е тр а а го то в ки} мы Ми ни м а л ьн а я масса падающих частей мо- лота , кг 40 250 40—70 60 500 1-100 80—150 750 1000 100—180 1500
Сторона квадрата или диаметр заготовки, мм Минимальная масса падающих частей мо- лота, кг 130—200 2000 150—250 2500 200—300 3000 250—450 5000
Так как в процессе ковки наиболее быстро остыва-
ют углы, то при протяжке необходимо чаще кантовать
заготовку и регулировать силу удара так, чтобы пред-
отвратить образование острых углов.
На однородность структуры и механических свойств
металла влияет не только температура, но и величина
деформации за каждый нагрев или подогрев. Приковке
в (аф-р)-области предварительно деформированной за-
готовки оптимальной является степень деформации
40—50% за каждый нагрев или подогрев; при ковке
в p-области степень деформации должна быть увели-
чена до 70% [48].
При ковке слитков из титановых сплавов диаметром
350—400 мм на прутки или при перековке прутков на
другие размеры необходимо руководствоваться данны-
ми, приведенными в табл. 5. Режимы ковки слитков и
Таблица 5
РЕЖИМЫ нагрева заготовок нз титановых сплавов
ПРИ КОВКЕ НА ПРУТКИ И ПРИ ПЕРЕКОВКЕ ПРУТКОВ [21
Диаметр загитопки, нм нягре- ва, МИИ Температура нагрела, аС (по маркам сплююи)
начальный конечный ВТЗ 1 ВТ6 BTI4 ВТи-1 В T9
350 200 120 1050 1050 1050 1150 1100
200 120 90 1050 1050 1050 1030 980
120 100 60 980 980 940 980 980
34
Таблица 6
ОВ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ДЕФОРМИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК [10]
2F Зак. 159
35
предварительно деформированных заготовок приведены
в табл. 6. Кованые заготовки, предназначенные для
дальнейшей перековки или используемые в качестве
исходных заготовок под штамповку, не должны иметь
трещин, зажимов, заковов и других дефектов, а также
резких переходов. Удаление дефектов производят за-
чисткой. При большем количестве дефектов применяют
обточку или фрезерование.
Бойки для ковки должны быть ровными со шлифо-
ванной рабочей поверхностью. Для молотов массой па-
дающих частей до 2,0 т выработка рабочей поверхности
бойков должна быть не более 2,0 мм, а для молотков с
массой падающих частей более 2,0 т — соответственно
3,0 мм. Кромки бойков необходимо закруглять, бойки
перед началом работы нужно подогревать до темпера-
туры 150'—250°С.
В зависимости от степени укова, формы сечения ис-
ходной заготовки и поковки можно определить размер
сечения исходной заготовки. Для этого необходимо ум-
ножить размер поперечного сечения (диаметр или сто-
рона квадрата) поковки на выбираемый коэффициент К
(табл. 7), зависящий от требуемой степени укова. Для
получения сечения поковки сложной формы с задавае-
мой степенью укова размеры исходной заготовки опре-
деляют по равновеликому кругу или квадрату.
Основные технологические операции свободной ков-
ки; осадка, вытяжка, гибка, закручивание, рубка, про-
шивка и штамповка в подкладных штампах. Универсаль-
ный ковочный инструмент — плоские бойки. Вырезные
бойки применяются при ковке на оправках или при
Таблица 7
КОЭФФИЦИЕНТ Д' В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ УКОВА И ФОРМЫ
СЕЧЕНИЯ ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ И ПОКОВКИ [48]
Степень укова Исходная заготовка Поковка
квадрат круг Круг квадрат
1,25 1,12 1,12 0,99 ।
1,50 1,22 1,22 1,08 1,38
2,0 1,41 1,41 1,25 1,69
2,5 1,58 1,58 1,40 1,78
3,0 1,73 1,73 1,53 1,98
3,5 1,87 1,87 1.66 2,11
4,0 2,00 2,00 1,77 2,26
36
Таблица8
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ГИБКИ, ПРОШИВКИ, ПРАВКИ
И СКРУЧИВАНИЯ
Марка сплава Температура нагрева, аС (не выше) Температура конца деформации при деформировании не ниже, 'С
молот пресс
ВТ 1-00, ВТ 1-0 850 750 650
ОТ4-0 850 750 650
ОТ4-1 880 750 700
ВТ5-1 980 900 850
ВТЗ-1 930 850 800
ВТ22 800 730 700
вытяжке малопластичных металлов для обеспечения
более благоприятной схемы напряженного состояния в
зоне деформации, близкого ко всестороннему равномер-
ному сжатию. В табл. 8 приведен температурный ре-
жим гибки, прошивки, правки и скручивания [48].
ГЛАВА V
ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА
1. ПОДГОТОВКА ЗАГОТОВОК И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ
РЕЖИМ ШТАМПОВКИ
Горячая объемная штамповка является одним из наи-
более распространенных методов получения из титана
и его сплавов деталей сложной формы при крупносе-
рийном и массовом производстве. При горячей штам-
повке титана и его сплавов часты такие виды брака,
как закаты, заковы или плены. Этот вид брака явля-
ется следствием быстрого охлаждения острых углов
заготовок при низком удельном сопротивлении дефор-
мированию и большой пластичности внутренних слоев
металла. Поэтому для штамповки титановых сплавов
рекомендуется применять заготовки с закругленными
углами. Большое значение имеет также чистота поверх-
ности заготовок. На заготовках совершенно недопусти-
мы углубления и острые вырубки, так как штамповкой
поверхностные дефекты не устраняются, а лишь зако-
37
вываютсЯ в виде наружных закрытых трещин, которые
трудно обнаружить при контроле штамповок,.
Температурный интервал горячей штамповки титана
и его сплавов близок к интервалу ковки. Основными
факторами, определяющими характер структуры тита-
новых сплавов, являются температура, степень и ско-
рость деформации. Низкая теплопроводность титана
и высокий коэффициент трения между металлом и ин-
струментом приводят к неравномерности деформации и
к неоднородности структуры и свойств в объеме штам-
пуемой заготовки. Разнозсрнистость по сечению детали
является следствием того, что наравне с зонами интен-
сивного течения металла в заготовке образуются обла-
сти затрудненной деформации. Поскольку в процессе
деформации наблюдается тепловой эффект, температу-
ра заготовки повышается. При этом в зонах интенсив-
ной деформации, где локализуется тепловой эффект,
температура металла может значительно превышать
температуру фазового превращения сплава. Например,
при штамповке па молоте титановых заготовок, попе-
речное сечение которых имеет форму двутавра, темпе-
ратура в средней части (в зоне полотна) в результате
теплового эффекта деформации более чем на 100сС
выше температуры металла в периферийной части (в зо-
нах полок). В зонах затрудненной деформации образу-
ется крупнозернистая структура с пониженной пластич-
ностью и выносливостью [48—50]. Снижение темпера-
туры нагрева под штамповку может в определенной
степени исключить опасность местного перегрева заго-
товки. Однако снижение температуры приводит к уве-
личению сопротивления деформированию, износа инст-
румента, расхода энергии, необходимости использовать
более мощное оборудование.
Штамповку титановых заготовок осуществляют на
молотах и прессах (гидравлических, кривошипных и
фрикционных). При штамповке на молотах за счет ис-
пользования многократных легких ударов можно умень-
шить местный перегрев заготовки. Однако это вызывает
необходимость одного или нескольких подогревов заго-
товки, что способствует образованию альфироваппого
слоя на поверхности детали, понижающего пластич-
ность металла, а это опасно для заготовок с тонкими1
сечениями. Более благоприятные условия для получе-
ния штампованных заготовок из титановых сплавов с:
38
высокими пластическими и прочностными свойствами
достигаются при штамповке на прессах, так как . при
этом уменьшаются тепловой эффект и сопротивление
деформированию.
Удельные усилия при штамповке на прессах прибли-
зительно в 1,5 раза меньше усилий при штамповке на
молотах [51], что повышает стойкость штамповой ос-
настки, а также опасность перегрева металла и превы-
шения температуры p-превращения. При штамповке на
гидравлических прессах происходит более равномерная
...деформация и проработка структуры [48]. Пластич-
ность титановых сплавов при штамповке на прессах
увеличивается на 10—20% [2]. В табл. 9 приведен тем-
ТаблицаЭ
температура горячей штамповки основных ТИТАНОВЫХ
СПЛАВОВ НА РАЗЛИЧНОМ ОБОРУДОВАНИИ
Сплав Темгшрутура, DC (не выше)
молот п1>есс гкм
ВТ1-0 920—700 890-650 890—650
ОТ4-0 950—700 890—650 890—650
ОТ4-1 950—750 910—700 910—700
ВТ5-1 1100—900 1020—850 1020—850
ВТ5 1100—900 1020—850 1020—850
ВТЗ-1 980—850 950—800 950—800
В T9 1000—850 980—800 980—800
ВТ15 930—800 920—700 920—700
ВТ18 1020—950 1000—900 1000—900
ВТ20 1020—900 1000—850 1000—850
ВТ22 950—800 850—750 850—750
ВТ23 880—800 870—750 870—750
пературный интервал штамповки титановых сплавов на
молотах и прессах. Верхний предел определяется опас-
ностью образования крупнозернистой структуры и аль-
фированного слоя, нижний — понижением пластичности
металла и повышением удельных усилий деформиро-
вания.
Штамповка титановых сплавов в p-области (р-штам-
повка) имеет ряд преимуществ по сравнению со штам-
повкой при температуре ниже точки превращения —
уменьшается сопротивление деформированию и повы-
шается стойкость оснастки. Уменьшаются также удель-
ные усилия при штамповке в p-об ласти. Очень часто
39
при штамповке крупногабаритных заготовок единствен-
ным возможным способом формования является .[}-
штамповка, что способствует получению сложных заго-
товок повышенной точности.
Таблица 10
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНА,
ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ [501
Область де- формации %, 2' кгс/ /мма % %
а + Р 104 99 12 40
0 104 95 10 27
В табл. 10 представлены механические свойства за-
готовок из титанового сплава, деформированных при
разных температурах. Все более широкое использова-
ние способа ^-штамповки обусловлено тем, что в пос-
леднее время наблюдается тенденция к увеличению
степени легирования сплава, т. е. к понижению темпе-
ратуры полиморфного превращения. При штамповке
таких сплавов в («+р)-области повышаются удельные
усилия штамповки, сужается температурный интервал
деформирования и пр. Применение штампов, нагретых
до высоких температур, способствует внедрению р-
штамповки в производство [48, 52].
2. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ
Универсальным оборудованием для производства штам-
повок являются штамповочные молоты. В настоящее
время широко используются два способа штамповки
на молотах: в одноручьевых и многоручьевых штампах.
Штамповка в одноручьевых штампах деталей прос-
той конфигурации, формообразование которых не соп-
ряжено с большими перемещениями металла в полости
штампа и которые могут быть отформованы за 2—5
ударов, обычно затруднений не вызывает. Такие детали
штампуют так же, как и детали из стали и алюминие-
вых сплавов. По второму способу предварительное рас-
пределение материала производится в заготовительных
ручях того же штампа и, как правило, за один нагрев
со штамповкой в окончательном ручье и правкой после
обрезки облоя.
40
При штамповке в Мпогоручьевых штампах для пред-
варительного распределения металла применяют про-
тяжные, гибочные и подкатные ручьи. Для лучшего
распределения металла по сечению используют ковоч-
ные вальцы [53]. Например, с помощью последних
Рнсг 6. Общий вид шатуна дизельного двигателя из сплава ВТ5, отщтампо*
ванного на молоте
Рис. 7. Макроструктура шатуна из сплава ВТЗ-1;
а — продольное сечение (уменьшено в 2,5 раза): б •* поперечное Сечение
(увеличено в 1,5 раза)
Та бл и ц a 11
* Механические свойства шатунов из сплавов втз-1 й вы
Сплав и сечение шатуна О' , кгс/ в /мм2 %.2 ' кге.'мьГ з, % ч, % а > кгсХ и Хм/с№
ВТ5: продольное , . 82,9 73,0 13,0 36,0 6,8
поперечное . . 81,1 72,0 11,0 27,8 6,3
ВТЗ-1: продольное . . 105,3 98,0 13,3 30,5 4,3
поперечное . . 102,1 95,4 12,7 27,5 4,0
была отштампована деталь, представленная па рис. 6.
При штамповке титановых сплавов с несколькими пере-
ходами на различном оборудовании следует учитывать
возрастание газонасыщенного поверхностного слоя.
Из рис. 7 видно, что шатун по всему сечению, кроме
участков, прилегающих к наружной поверхности, имеет
однородную мелкозернистую структуру. У наружной
поверхности зерно несколько крупнее. Результаты изу-
чения микроструктуры в различных участках шатуна
показали, что она представляет собой смесь глобуляр-
ной и пластинчатой a+fS-структуры. Глубина альфиро-
ваниого слоя составляет 0,04—0,012 мм. Сопоставление
результатов макро- и микроанализа показало, что каче-
ство материала заготовки дизельного шатуна из спла-
вов титана ВТЗ-1 и ВТ5 вполне удовлетворительное.
Поэтому штамповку деталей сложной формы типа ша-
тунов можно осуществлять на молотах.
Исследование механических свойств образцов, вы-
резанных из штамповки шатунов, показывает, что они
существенно не отличаются от свойств исходной заго-
товки-прутка (табл, И). Опыт показывает, что - массу
падающих частей молота при штамповке титановых
сплавов целесообразно увеличивать на 30—40% по
сравнению с требуемой для штамповки одинаковых по
конфигурации заготовок из стали [48].
Массу . падающих частей штамповочного молота
двойного действия для круглых в плане заготовок мож-
но определить по следующей формуле [53]:
(1~0,005 Dn) (1,14--М (0,75-j-0,001
42
где k — коэффициент, учитывающий свойства штампу-
емого материала (для титановых сплавов
k= 124-18);
А— диаметр круглой в плане штампованной заго-
товки, см;
сгв — предел прочности сплава при температуре
окончания деформации, кгс/см2.
Для нскруглых в плане поковок
0и = k (1 - 0,005 АР) (1,1 + —Y (0,75 + 0,001 А2Р) X
X (1+0,1 VA/A) Ар <ТВ, (2)
где РПр — приведенный диаметр некруглой в плане по-
ковки(АР = 1,13 КАК см;
А— длина поковки, см;
А— средняя ширина поковки (ВЛ=А/А), см;
А—площадь в плане штампованной заготовки,
см2.
Масса падающих частей молота простого действия
яп= (1,5—1,8) А.
3. ШТАМПОВКА НА ПРЕССАХ
Для производства горячештампованных заготовок
различной конфигурации используют механические
прессы — кривошипные и винтовые. По сравнению со
штамповочными молотами они имеют технологические
преимущества: меньшая скорость ползуна в начале
деформирования, жесткая характеристика хода, воз-
можность выталкивания детали из штампа, возмож-
ность непрерывного электроподогрева штампов во вре-
мя работы [48].
Усилие штамповки поковок малых толщин зависит
от их конфигурации, толщины, вида смазки, времени
штамповки. Усилие штамповки на кривошипном горя-
чештамповочном прессе (КГШП) круглых в плане
заготовок можно определить по формуле
Р=8 (I-0,001 А) (1.1 + —У Аав,
где А — диаметр круглой в плане поковки, см;
А — площадь поковки в плане, см2;
сГв — предел прочности при температуре конца
штамповки, кгс/см2. .............. . ........
-43
Для некруглых в плане штампованных заготовок
Р = 8 (1-0,001 Опр) (1,1+ (1+0,1 Пл} FncrB,
\ ^Пр/
где Оир — приведенный диаметр некруглой в плане по-
ковки (Опр = 1,13 КЛ,), см;
ВЕ — средняя ширина поковки, см;
La — длина поковки, см.
Усилие винтового пресса определяют по формуле
Р — 10 ов Рп.
Для штамповки массивных деталей (дисков, днищ
и пр.) используют гидравлические прессы. Усилие
штамповки на гидравлических прессах ориентировочно
определяют по формуле
Р = 2 mFq,
где z— коэффициент, учитывающий условия деформи-
рования;
т — коэффициент, учитывающий влияние объема
заготовки;
F — площадь проекции штампуемой заготовки (без
учета облоя) на плоскость, перпендикулярную
к направлению деформируемой силы;
q — удельное усилие (для поковок с тонкими и
широкими полотнами 60 кгс/ммг, для прочих
поковок 50 кгс/мм2).
При ковке коэффициент z равен 1. При штамповке
заготовок простой конфигурации он равен 1,5, сложной
конфигурации 1,8, очень сложной конфигурации 2,0.
Значения коэффициента т приведены ниже:
Объем заготовки, см3 До Э5
Значение т ... . 1,0
25—100 100—1000
1,0—0,9 0,9—0,8
Объем заготовки, см3 1000—5000
Значение т ... . 0,8—0,7
5000—10 000 10 000—150 000
0,7—0,6 0,6—0,5
4. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНО-КОВОЧНЫХ МАШИНАХ
На горизонталыто-ковочных машинах (ГКМ) преиму-
щественно изготовляют симметричные поковки в виде
стержней с одним или несколькими утолщениями (го-
ловками) различной формы и с отверстиями, полые по-
ковки со сквозными или глухими отверстиями, фланца-
ми и выступами. Можно штамповать и более сложные
44
поковки с головками несимметричной формы, с боковы-
ми выступами и т. п. Примерами простейших поковок
могут служить поковки типа клапанов, втулок, колец,
шестерен, фланцев.
К преимуществам штамповки на ГКМ относятся вы-
сокая производительность, возможность штамповки без
или с весьма незначительным заусенцем, возможность
получать поковки типа колец без отходов на прошивку,
хорошая макроструктура поковок и др. Ввиду высокой
стоимости машины и оснастки к ней целесообразно
применять ее лишь при крупносерийном производстве.
Из-за склонности титановых сплавов к схватыванию
уклоны для поковок следует принимать большими, чем
для других сплавов. Если же необходимо получить
утолщения с большим объемом материала, то целесооб-
разно применять высадку на ГКМ или заменить вы-
садку выдавливанием. Наиболее распространенная и
характерная для ГМК операция — высадка. Были про-
ведены эксперименты по высадке клапанов из титаново-
го сплава СТ1 [54].
Метод высадки заключался в нагреве заготовки
электроконтактным способом и штамповке нагретой
заготовки па фрикционном прессе. Электроконтактный
нагрев обеспечивает высокую скорость нагрева. При из-
готовлении клапанов методом высадки количество отхо-
дов уменьшается до 1—2%. Режимы высадки клапанов
представлены в табл. 12. В результате проведенной
работы был определен оптимальный режим высадки
клапанов (рис. 8) из сплава СТ1.
Таблица 12
РЕЖИМЫ-ШТАМПОВКИ КЛАПАНОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА СТ1
МЕТОДОМ ВЫСАДКИ [54]
Время вьгелд- KJb с Давление шток» ус- тановки, ат Температура нагрева, °C Определение годности клапана Тип режима иысадки
20 17,0 1100—1150 Брак Стальных клапа- нов
30 12,0 1050—1100 » То же
40 10,0 1050—1100
60 6,0—7,0 1000—1050 Соответствует техническим тре- бованиям Титановых клапа- нов
4Е
Рис. В. Заготовки «лапала из сплава СТ1, изготовленные на фрикционной
прессе
Рис. 9. Макроструктура клапана из сплава СТ1
Для определения температур нагрева в различных
зонах головки клапана и изучения макро-имикрострук- (
тур этих зон проводили металлографические исследова- ’
ния забракованных клапанов. Изучение микрошлифов г
показало наличие законов, идущих от поверхности в
глубь головок клапанов, причем глубина проникнове- I
ния составляет от 3 до II мм (рис. 9). На рис. 10 пред-
ставлены макроструктуры и микроструктуры головки ;
клапана.
Зона 1 имеет структуру, состоящую из смеси та- и |
та'-фаз, причем количество а'-фазы значительно больше, ।
чем та-фазы, следовательно, эта зона при штамповке |
имела температуру верхней части (та+fl)-области, т. е. |
около 1100°С. Зона 2 представляет собой мелкодиспер- -<
сную смесь а- и «'-фаз; штамповка закончена при- тем- ;
46
Рис, 10, Микро- и -макроструктура головки клапана из титанового сплава СТ1:
с “"Макроструктура с указанием зон микроструктуры; б — зона /; о — зона 2;
г — зона 3
пературе примерно середины (сс+р)-области, т. е. при
1000—1050°С. Зона 3 имеет структуру только а'-фазы,
следовательно, при штамповке она была нагрета до
температуры p-области (выше 1100°С). При исследова-
нии микроструктуры и микротвердости головок клапанов
насыщения поверхности сплава газами (кислородом,
азотом, и водородом) не обнаружено, так как выдерж-
ки при электроконтактном нагреве незначительные.
Усилие для штамповки на ГКМ ориентировочно опреде-
ляют по формуле
Р = 5 (1 - 0,001 Du) (Ut + Ю)а <тв,
где Da— максимальный диаметр высаживаемой части
поковки, мм;
47
crB — предел прочности сплава при температуре
конца штамповки, кгс/мм2.
ГКМ применяют не только для высадки и прошив-
ки или комбинации этих операций, по и для изготовле-
ния полых заготовок сложной формы. Получение заго-
товок с глубокими полостями без облоя, с уменьшенными
штамповочными уклонами делает перспективным
применение ГМК для изготовления различной номен-
клатуры титановых заготовок разнообразной конфигу-
рации. Для набора материала перспективно также
применение электровысадочных машин, обеспечиваю-
щих набор значительного объема за один переход.
5. СМАЗКА И СХВАТЫВАНИЕ
При деформировании в горячем состоянии титановые
сплавы склонны к схватыванию с поверхностью инстру-
мента. Повышенная склонность титана к схватыванию
и высокий коэффициент трения об инструмент — харак-
терные черты деформации титановых сплавов. Сниже-
ние коэффициента трения при температуре выше 900°С
объясняется появлением окалины и альфировапного
слоя, которые интенсивно образуются при температуре
выше аллотропического превращения.
Исследованию возникновения металлических связей
на контактных поверхностях металлов в процессе их
пластического деформирования посвящено значитель-
ное количество работ. Наиболее полные данные о схва-
тывании металла приведены в работах [55, 56], Иссле-
дованиями установлено, что необходимым условием
схватывания является чистота взаимодействующих по-
верхностей, т. с. отсутствие на них каких-либо пленок.
Чем чище поверхности, пластичнее металлы и больше
их химическое средство, тем интенсивнее должны про-
являться силы молекулярного сцепления.
Основной внешний фактор, предотвращающий схва-
тывание, это наличие масляных и других адсорбирован-
ных граничных пленок. Защитой от схватывания слу-
жат также окисные и иные неметаллические пленки на
контактных поверхностях деформируемой заготовки и
инструмента. Уменьшают схватывание цементация, хро-
мирование, азотирование, сульфидирование и закалка
инструмента.
В процессе горячей штамповки происходит выдавли-
вание и частичное выгорание смазки; металл, скользя-
48
1ций по поверхности инструмента, очищает эту поверх-
ность от смазки. Поверхности, подвергнутые деформи-
рованию и обладающие высокой химической актив-
ностью в местах контакта, раскисляют окисные плены
на поверхности штампа. При непрерывном протекании
деформации создаются условия для возникновения
плотного контакта чистых поверхностей, что благопри-
ятствует схватыванию. Схватывание ухудшает условия
формообразования, затрудняет извлечение заготовок из
полости штампа.
Предотвратить схватывание при горячей штамповке
или уменьшить его можно с помощью смазок и химико-
термической обработки. Как правило, лучше применять
густые смазки с большим содержанием коллоидного
графита: смесь жидкого минерального масла с коллоид-
ным графитом (не менее 40% графита). Еще лучшие
результаты дает смазка на основе густых масел с до-
бавкой 25% графита, 10—15% дисульфита молибдена
и 4—5% слюды. В качестве смазок применяют также
различные эмали. Для более равномерного распределе-
ния смазки производят обдув сжатым воздухом.
Наилучшими защитно-смазочными покрытиями для
титановых сплавов являются стеклянные смазки [57,
58]. В состав стеклянных смазок входят окислы SiO2,
К2О, Na2O, СаО, А12О3, В20з, ZiaO, MgO, РЬО. Стек-
лянные смазки проявляют свои смазочные свойства
только в расплавленном состоянии. Чем в большем ин-
тервале температур сохраняется оптимальная вязкость,
тем эффективнее смазка.
При штамповке титановых заготовок с защитно-сма-
зочными- покрытиями последние имеют температуру
приблизительно на 80°С выше, чем штампованные заго-
товки без покрытия; при укладке заготовки с покрыти-
ем в штампе ее температура на 60—80°С выше, чем
заготовки, нагреваемой без смазки [57]. Защитно-сма-
зочные покрытия уменьшают отвод тепла в инструмент,
вследствие чего температура поверхности гравюры по-
нижается на 100—150°С. Стойкость штамповой оснаст-
ки увеличивается на 20—30%. Уменьшение разницы
в температурах поверхности и сердцевины заготовки
способствует увеличению равномерности течения метал-
ла и понижает удельные усилия штамповки.
При правильно подобранном составе стеклянная
смазка предохраняет заготовку от газонасыщеиия и
49
образования альфированного слоя при нагреве, обеспе-
чивая неразрывность покрытия при штамповке в не-
сколько переходов.
Для штамповки титановых сплавов в интервале
температур 950—85СГС применяют покрытия из порош-
ка № 38 и № 176; для штамповки сплавов в темпера-
турном интервале 1080—800°С применяют покрытие из
смеси порошков № 4—11 (80%) и № 15 (20%) или
№ 176 (60%) и № 209 (40%) [48].
Перед нанесением защитно-смазочного покрытия на
заготовку поверхность ее должна быть очищена для
лучшего сцепления. Суспензию можно наносить окуна-
нием в нее заготовки, пульверизатором и кистью, рас-
пылением в электростатическом поле. После нанесения
защитно-смазочных покрытий заготовки сушат на воз-
духе в течение 20—30 мин или в сушильной камере в
потоке теплого воздуха при температуре 60—80°С.
Просушенные заготовки укладывают на поддоны из
коррозионностойкой стали или жаропрочного сплава.
6. ОБРЕЗКА ОБЛОЯ
Удаление с отштампованных заготовок облоя можно от-
нести к отделочным операциям. Заусенец, образующий-
ся по линии разъема при штамповке в открытых штам-
пах, обрезают в обрезных штампах, устанавливаемых
на кривошипных (обрезных) прессах, на ленточных
пилах, пальцевыми фрезами, применяемыми для раск-
роя листового алюминия, на фрезерных станках.
Обрезку производят преимущественно в штампах в
холодном и горячем состоянии. Обрезка в холодном
состоянии применяется для удаления облоя со штам-
повок из материалов, предел прочности при растяжении
которых в отожженном состоянии не превышает
50 кгс/мм2; при этом в процессе обрезки не должны
возникать расслоения и трещины в зоне среза.
Обрезка штампами в горячем состоянии применяет-
ся для удаления облоя со штамповок из материалов,
предел прочности которых в холодном состоянии выше
50 кгс/мм2 или из материалов с пределом прочности,
не превышающим 50 кгс/мм2, но при холодной обработ-
ке дающих по срезу трещины, расслоения и т. п. Обрез-
ку заусенца с поковок из титановых сплавов часто мож-
но осуществлять непосредственно после штамповки без
подогрева. Если температура поковки снижается ниже
50
допустимой (600°С) и за обрезкой заусенца следует
правка, то поковку нагревают до 700°С, а иногда и до
800—850°С [2].
Ленточные пилы и быстроходные пальцевые фрезы
применяют для удаления облоя со штамповок крупных
размеров. Обрезка деталей на фрезерных стайках при-
меняется, как правило, при изготовлении небольших
партий штамповок.
Кроме облоя, образующегося при штамповке, на
заготовках остаются перемычки при наметке отверстий,
которые удаляют путем пробивки (прошивки) в штам-
пах. Прошивку отверстий в заготовках проводят при
температуре обрезки облоя. Пуансон при этом должен
быть только режущим.
Необходимое усилие пресса для обрезки облоя оп-
ределяют по формуле [48]
Р = тсрП (а + У+1,2/?),
где тср — временное сопротивление срезу, кгс/мм2;
П—периметр среза, мм;
а — номинальная толщина облоя, мм;
б' — положительное отклонение на вертикальные
размеры заготовки;
К—-радиус штампованной заготовки у выхода в
облойный мостик, мм.
Усилие прошивки определяют по формуле
где «1 — толщина прошиваемой перемычки, мм;
б/— положительное отклонение на толщину пере-
мычки.
7. ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ И УДАЛЕНИЕ
ГАЗОНАСЫЩЕННОГО СЛОЯ
При нагреве под ковку и штамповку в воздушной среде
поверхность заготовок из титановых сплавов покрыва-
ется слоем окалины, состоящей в основном из двуокиси
титана. Существуют химические и механические спосо-
бы очистки поковок от окалины.
Образующаяся на поверхности окалина весьма стой-
ка и очень трудно поддается растворению как в щело-
чах, так и в кислотах. Удаление окалины химическим
способом обеспечивается не растворением ее в щелоч-
ном расплаве, а разрыхлением и отслаиванием. Тра-
-61
вильный раствор (табл. 13) через микро-и макротрещи-
ны проникает к поверхности основного металла, отслаи-
вая и разрыхляя окалину. Затем поковки промывают
в воде и погружают в кислотный раствор, вторично
промывают в воде, очищают щетками и промывают в
третий раз. Иногда предпочитают удалять окалину
механическим путем (галтовкой или дробеструйной об-
работкой), а после механической обработки для выяв-
ления дефектов и осветления поверхности применяют
травление в кислотном растворе.
Таблица 13
ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРОВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ [591
Состав раствора нлн расплава Температура раствора, °C Пподпл/Ки- тель ноет ь травления, мни Назначение
80% NaOH, 20% 'NaNO3 420—450 5 Стравливание окалины и окисной плеггки
350 см3 НС1 (пл. 1,19), 55—60 см3 HNO3 (чл. 1,4), 595—590 см3 НгО 45—50 10—30 Травление
130—140 см8 HF (пл. 1,13), 55—60 см3 H2SO4 (пл. 1,84), 815—800 см3 Н5О 45—55 — Глубокое трав- лениа
Твердый газонасыщенный слой, образующийся при
нагреве под ковку и штамповку и отличающийся пони-
женной пластичностью и повышенной твердостью, не
удаляется травлением в растворе щелочей и механиче-
ской очисткой. Этот слой уменьшает стойкость инстру-
мента при обработке резанием и придает хрупкость ос-
тавляемым без обработки поверхностям.
Газонасыщенный слой целесообразно удалять глубо-
ким травлением в водном растворе кислот. При комнат-
ной температуре скорость травления составляет 0,5—
0,6 мм/ч, при температуре раствора 45—55°С 0,8—
1,0 мм/ч. Ванны для травления заготовок из титана, а
Б2
также подвески для их крепления изготовляют из вини-
пласта.
Обработка поверхности штампованных титановых
заготовок травлением — эффективный технологический
процесс. Стравливание поверхности поковок из титано-
вых сплавов указанным способом можно осуществлять
с точностью до ±0,2 мм равномерно по всей поверхно-
сти, за исключением участков под зажимами. Чистота
поверхности остается без изменения. Однако при орга-
низации процессов травления в кислотах необходимо
убедиться, что принятая технология для данного спла-
ва не дает поверхностного паводороживания.
Основные способы механической очистки поверхно-
сти поковок из титановых сплавов — галтовка и обра-
ботка дробью. Галтовка производится во вращающихся
галтовочных барабанах. Очистка дробью подразделя-
ется на дробеструйную и дробеметпую. Для титановых
сплавов предпочтительнее дробеметная очистка (сталь-
ная дробь выбрасывается веером из лопаточного дро-
беметного колеса под действием центробежной силы).
8. МАТЕРИАЛ ШТАМПОВ И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Материал для штампов выбирают в зависимости от
температурных и силовых условий работы штампов, а
также от технологии штамповки, вида оборудования и
характера его работы.
Рабочие детали штампов (матрицы, пуансоны,
ручьевые вставки, калибровочные плитки, выталкивате-
ли, а также цельноблочные штампы без вставок) изго-
тавливают из специальных штамповых сталей. Эти ста-
ли должны обладать рядом специфических свойств, в
частности:
а) твердость и прочность должны значительно пре-
вышать твердость и прочность деформируемого ме-
талла;
б) износостойкость должна обеспечивать сохранение
основных рабочих размеров штампа;
в) вязкость должна быть достаточно высокой, чтобы
противостоять нагрузкам и свести до минимума выход
штампов из строя из-за выкрашивания рабочей части;
г) прокаливаемость, определяемая характером на-
грузки, должна быть достаточно глубокой для штампов
вытяжки и выдавливания и менее глубокой для штам-
ба
пов, работающих с ударными нагрузками (во избежа-
ние раскалывания);
д) объемные изменения при закалке должны быть
минимальными.
При выборе стали для штампов, предназначенных
для обработки титановых сплавов, следует учитывать,
что эти сплавы подвергаются обработке давлением при
высоких температурах (порядка 1000°С), обладают вы-
сокой прочностью; кроме того, в большинстве случаев
требуется подогрев штампов перед штамповкой до тем-
пературы не ниже 250—300°С.
Исходя из этих требований, для изготовления штам-
пов, применяемых для обработки давлением титановых
сплавов, рекомендуются хромистые стали типа Х12Ф],
Х12Ф, Х12М, легированные молибденом или ванадием.
Названные выше стали мало отличаются по свойст-
вам. Сталь марки Х12Ф1 несколько превосходит сталь
Х12М по пластичности, вязкости и устойчивости против
отпуска, а сталь Х12М, содержащая больше углерода,
имеет после высокотемпературной закалки несколько
более высокую твердость. Высокохромистые стали про-
каливаются на сравительно большую глубину (200—
300 мм) и закаливаются при охлаждении не только в
масле, но и на воздухе, что объясняется высокой устой-
чивостью легированного аустенита этих сталей против
распада в области перлитного и промежуточного прев-
ращений. Таким образом, стали, имеющие минимальные
объемные изменения при закалке (типа Х12М, Х12Ф,
Х12Ф1), наиболее предпочтительны для изготовления
штампов для обработки титановых сплавов, а стойкость
их в 4—5 раз превышает стойкость обычной штамповой
стали 5ХНВ.
Технология изготовления штампов для титановых
сплавов мало отличается от обычной. Однако высокие
требования, предъявляемые к чистоте поверхности го-
товых изделий нз титана и его сплавов, и трудность об-
работки поверхности готовых изделий (шлифовки, по-
лировки и т. п.) привели к необходимости применения
штампов с гравюрой высокого класса чистоты.
Высокий класс чистоты гравюры штампа достигает-
ся различными методами. Наиболее распространены
анодно-механическая полировка, электрохимическая об-
работка, обработка в электростатическом поле и т. и. В
'последние- годы в отечественной практике и за рубежом
54
йОлучил распространение способ изготовления штампов
с поверхностью высокой чистоты путем притирки абра-
зивными пастами. Широко применяются также методы
увеличения стойкости штампов — наплавление твердых
сплавов, электроискровое упрочнение и др.
ГЛ А В А VI
ШТАМПОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
С ВЫСОКИМИ СКОРОСТЯМИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
В последние годы очень быстро развиваются методы вы-
сокоскоростного деформирования металлов, которые
имеют определенные преимущества перед штамповкой
на обычных прессах и молотах, хотя используемое обо-
рудование и области применения этих методов специ-
фичны. Поскольку эти методы перспективны для пласти-
ческой обработки титановых сплавов, они рассмотрены в
отдельной главе, хотя исключают в себя холодную и го-
рячую деформацию, листовую формовку и объемную
штамповку. Кроме того, они также принципиально при-
менимы для других видов деформирования.
1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ высокоскоростного
ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Один из первых распространенных видов высокоскорост-
ного деформирования — импульсная формовка энерги-
ей взрыва [60—63]. Этот вид обработки чаще всего ис-
пользуется для листовой штамповки и раздачи труб.
Сущность процесса заключается в получении импульсно-
го давления при взрыве и передачи этого давления через
жидкость (обычно воду) на деформируемую заготовку.
Этим способом получают крупные котельные днища, диа-
фрагмы и крышки из листов [64, 65].
Близка к взрывной штамповке электроискровая обра-
ботка давлением. В данном случае энергия взрыва заме-
няется энергией искрового разряда в жидкости, кото-
рый может возбуждать импульсную волну очень большо-
го давления. Этот способ листовой штамповки позволяет
производить вытяжку, формовку и другие операции [66].
Его преимущества перед взрывной штамповкой — хоро-
шая регулируемость энергии импульса.
55-
При электромагнитной штамповке [67—69] исполь-
зуется энергия магнитного поля. Преобразование элек-
тромагнитной энергии в механическую осуществляется
следующим образом. Трубчатую или листовую заготовку
устанавливают на оправку из диэлектрика. Эта оправка
служит матрицей. Заготовку и оправку помещают в
электромагнитную катушку. При штамповке на катушку
подают импульс тока, который создает вокруг нее маг-
нитное поле высокой индуктивности. При нарастании ма-
гнитного потока в заготовке находится э.д.с., которая за-
ставляет заготовку работать как вторичную обмотку
трансформатора. При взаимодействии полей катушки и
вторичного поля заготовки появляется усилие, обжима-
ющее заготовку (трубу или лист) по форме оправки.
Электромагнитной штамповкой можно обрабатывать
трубчатые и плоские заготовки. Одним из способов явля-
ется обжим или получение мелких гофр на трубах или*
листах. Этим способом можно производить вырубку, вы-
тяжку и формовку. Особенно перспективно применение
электромагнитной штамповки для изготовления прост-
ранственных деталей сложной формы.
Наконец, в настоящее время разработаны или нахо-
дятся в стадии разработки специализированные высоко-
скоростные штамповочные молоты [70]. Эти молоты при-
водятся в движение под действием газа высокого давле-
ния (чаще всего сжатого азота) и развивают скорость
пуансона до 20—25 м/с и более. На таких молотах произ-
водят, как правило, горячую объемную штамповку. Рез-
кое увеличение скорости деформирования на скоростных
молотах может принципиально менять возможности по-
лучения высококачественных штамповок из трудно де-
формируемых 'металлов, в частности из титановых спла-
вов.
2. ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ
ДЛЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Деформирование титановых сплавов в холодном состоя-
нии связано с большими трудностями, главные из кото-
рых— необходимость применения 'мощного оборудова-
ния из-за большого сопротивления сплавов деформирова-
нию, значительное пружинение как следствие низкого
модуля и высокой прочности и, 'наконец, сравнительно
малая пластичность, особенно высокопрочных сплавов.
56
Эти трудности в значительной степени устраняются при
применении импульсной обработки давлением. Мощность
взрывной волны практически неограниченна, упругая от-
дача при импульсной обработке очень мала, а пластич-
ность сплавов в некоторых случаях может быть повыше-
на как за счет резкого увеличения самой скорости де-
формации, так и за счет преднамеренного создания бла-
гоприятной схемы напряженного состояния, которую
трудно создать при статическом деформировании из-за
резкого увеличения усилий деформирования.
Особенно значительные преимущества для титановых
сплавов имеет применение высокоскоростного горячего
объемного деформирования на так называемых высоко-
скоростных молотах или пневмомеханических штампо-
вочных машинах. Как уже отмечалось, титановые сплавы
обладают очень хорошей деформируемостью и пластич-
ностью при высоких температурах, при нагреве до обла-
сти чистой 0-фазы, однако нагрев и обычное деформиро-
вание в области p-фазы приводят к резкому снижению
пластичности готовых поковок, к образованию так назы-
ваемой p-хрупкости, обусловленной быстрым ростом
P-зерна и развитием микроструктурной неоднородности.
Кроме этого, заготовки из титановых сплавов при высо-
кой температуре быстро остывают, и при многоручьевой
штамповке или многооперационной ковке очень трудно
регламентировать температуру конца деформации, кото-
рая определяющим образом влияет на механические
свойства и структуру поковок. Эти свойства, как прави-
ло, уже не удается существенно улучшить конечной тер-
мообработкой. Поэтому обычную штамповку и ковку
титановых сплавов следует заканчивать при максималь-
но низких температурах в а- или (а+ 0)-области, а
это затруднительно как из-за необходимости применения
более мощного оборудования, так и из-за опасности
появления трещин.
Серьезные недостатки обычной горячей деформации—
окисление титановых сплавов с поверхности и образова-
ние хрупких газонасыщепных поверхностных слоев и
окалины, ухудшающих качество поверхности.
Перечисленные трудности в значительной степени
устраняются при скоростной деформации. Кроме хоро-
шего заполнения ручьев штампа, малых штамповочных
уклонов и радиусов штамповок при высокоскоростной
горячей штамповке, возможно заполнение штампа за
57
один ход пуансона при точном соблюдении заданной тем-
пературы деформации.
Осуществляя скоростные методы нагрева заготовок
(высокочастотный нагрев в индукторах) и применяя ско-
ростную деформацию за один ход 'молота, можно свести
к минимуму окисление поверхности. Исследования пока-
зали, что за счет больших разовых деформаций (одно-
проходная штамповка) процесс штамповки можно 'вести
и при более высоких температурах в области существова-
ния чистой р-области [71—73]. В табл. 14 приведены
результаты определения механических свойств различ-
ных штамповок, полученных на высоко скоростных ковоч-
ных молотах при различных температурных режимах
штамповки [7.1]. Видно, что высокоскоростная штампов-
ка в [3-области не приносит 'сколько-нибудь заметного
ухудшения свойств поковок.
В работе [73] при штамповке диска из английского
сплава 1М.1679, близкого по составу к сплаву ВТЗ-1, бы-
ло также специально сопоставлено изменение свойств
Таблица 14
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШТАМПОВОК ПОСЛЕ ОТЖИГА
ИЗ СПЛАВОВ ВТ5-1 (ПОЛУСФЕРА) И ВТЗ-1 (ДИСК И ЧАШКА)
Вид поков- ки Темпера- турная область штамповки Направле- ние вырез- ки образца Л о । °0,2’ кгс/мма г. % 4', % а , кгех н । хм/с.чи
Полусфе- ра а Продольное Поперечное 89,3 87,5 86,7 84,8 15,2 15,8 45,8 44,2 —
Продольное Поперечное 89,5 87,5 86,8 83,0 12,8 15,8 40,6 46,2
Диск а 4- р По хорде 110,0 108,0 13,7 39,7 4,3
₽ 107,5 104,5 12,7 '35,2] 5,6
Чашка По хорде Поперечное 113,9 108,9 111,0 107,5 13,4 13,3 35,7 36,0 —
По хорде Поперечное 112,0 106,3 109,5 102,6 11,6 Н,4 31,5 23,8 —
58
Штамповок при повышении температуры деформации дб
^-области. Сравнение механических свойств и усталост-
ной прочности образцов, вырезанных из штамповок, по-
лученных обычной и высокоскоростной деформацией, по-
казало, что при высокоскоростной штамповке свойства
не хуже, а по некоторым показателям даже лучше, чем
при обычной штамповке, в том числе и при деформации
в р-области.
В дополнение к изложенному следует добавить, что
объяснение причин получения высоких механических
свойств титановых сплавов при горячей деформации их
на высокоскоростных молотах не исчерпывается перечи-
сленным, а является также следствием более глубоких
структурных превращений в металле. Специфика работы
высокоскоростных молотов — большая скорость при вы-
сокой степени деформации—обеспечивает получение
более мелкого зерна и тонких субструктур [74, 75].
Кроме этого, улучшение структуры происходит при
быстром остывании заготовок после деформации
(тонкие сечения штамповок), которые подавляет небла-
гоприятные диффузионные процессы, развивающиеся
при медленном охлаждении. При высокоскоростном го-
рячем деформировании проще использование различных
видов улучшающих термомеханических обработок, за-
калка штамповок сразу после деформации.
3. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ
ДЕФОРМАЦИИ ТИТАНА
Одним из главных факторов, определяющих механизм де-
формации, является сопротивление деформированию. Оно
в значительной степени зависит от чистоты металла
(содержания примесей), температуры, степени и, на-
конец, скорости деформирования. Для реализации
пластических сдвигов в первую очередь необходимо, что-
бы действующие скалывающие напряжения превзошли
критические напряжения сдвига по определенным кри-
сталлографическим плоскостям.
В табл. 15 приведены преимущественные и дополни-
тельные плоскости скольжения и двойникования для
Zn, Mg и Ti и критическое напряжение сдвига (ткр) по
этим плоскостям [76]. С повышением скорости деформи-
рования, как правило, увеличивается ткр- При этом для
небазисной плоскости рост ткр происходит значительно
59
Таблица 45
ЭЛЕМЕНТЫ СКОЛЬЖЕНИЯ И Д ВОН Н И КО ЕАН ИЯ ТИТАНА.
ЦИНКА И МАГНИЯ
Металл с/а Преимуще- ственная плоскость скольжения Другие пло- скости скольжения ст И кр кге/мм3 Семейство плоскостей двойнико- пания
Цинк 1,856 (0001) (0001) (1011) 0,0347 1,0—1,5 {юТй}
Магний 1,624 (0001) (ОООП (1011) 0,46 0,52 {1Ш2} :{1011}
(1010) 4,0 {1043} {1121}
Титан (а-фаза) 1,587 (юТо) (0001) 6,33 {1012} {1121}
(1оТо) 1,41 .{1122} ,{1123}
интенсивнее, чем для плоскости базиса. Для титана, у
которого преимущественная 'Плоскость скольжения не
базисная (1010), особенно сильно сказывается влия-
ние скорости на увеличение скольжения.
Для реальных поликристаллических металлов ха-
рактерно усложнение деформации в результате развитая
скольжения в приграничной области. Весьма важную
роль этот механизм играет в металлах с гексагональной
кристаллической решеткой. Часто он приводит к прежде-
временному разрушению из-за крайней микронеодпород-
ности течения. Например, поликристаллический магний
разрушается при 5—10% средней деформации, в то вре-
мя как монокристаллы могут деформироваться скольже-
нием ;на 250% и более. В этом случае пластичность по-
ликристаллического металла может быть повышена при
таких режимах деформации, при которых развитие при-
граничной деформации будет подавлено. Именно это да-
ет резкое повышение скорости деформации.
60
Таблица 16
ВКЛАД РАЗЛИЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ В 051ИУЮ ДЕФОРМАЦИЮ
МАГНИЯ и СПЛАВА МАБ
Обща я де форма- ЦИЯ, % Метод нагружения Доля в общей деформации, %
внутрнзерси- вое сколь- жение ДВОЙНИ- KOBfillHO пригра- ничная де- формацм я
2,0* Статический ; 1 16 83
Взрывной 45 40 15
2,0** Статический 1 13 86
Взрывной 60 30 10
3,0** Статический 1 15 84
Взрывной 55 34 И
4,0** Статический 1 16 83
Взрывной 55 36 9
* Магний.
** Стj зj sib МА 8.
В табл. 16 приведена 'Количественная оценка [76]
доли различных видов деформации при 'статическом вы-
соко скоростном нагружении для магния и сплава MAS.
Для титановых сплавов таких замеров не производили,
но хорошо известно, что они также очень чувствительны
к способу нагружения и имеют ту же кристаллическую
решетку. Механизм деформации заметно изменяется
при увеличении скорости деформирования, в частности
увеличение скорости растяжения с '0,8 до 24 мм/мин за-
метно интенсифицирует процесс двойникования [77].
Особенно резко механизм деформации титана изменя-
ется при переходе к импульсным скоростям деформиро-
вания. Эпштейн и Кайбышев [75] изучали изменение ме-
ханизма деформации титана марки ВТ1-0 при переходе
деформирования от гидравлического пресса (скорость
деформации ~|10—э с™1) к пластометру (~ 10-1) и дефор-
мации взрывом или электромагнитным способом (~104
с"1). Было подтверждено, что квазистатическая деформа-
ция начинается со скольжения. С увеличением степени
деформации число систем, вовлекаемых в скольжение,
увеличивается, и только при достижении деформации
15—1'8% появляются отдельные двойники, расположен-
61
ПЫе В одном направлении. При деформировании взры-
вом и при электромагнитной штамповке механизм де-
формации резко изменялся. Деформация почти пол-
ностью осуществлялась путем двойникования. Во всех
случаях обнаружено достаточно много систем двойнико-
вания.
Изучение большого числа шлифов показало, что при
кв аз ис та типе с кой деформации в а-титане двойникование
идет только по плоскостям совокупности {1012}, для ко-
торых очевидно, что ткр является минимальным. При
высокоскоростном деформировании титан, кроме того,
двойникуется по плоскостям {1121} и {11'22}. Двойнико-
вание в титане ВТ4-0 и сплаве ОТ4-0 при разных скоро-
стях деформирования изучали в работе [78]. Автор счи-
тает, что при увеличении скорости деформации число си-
стем двойникования уменьшается, и выявленные при ста-
тике системы двойникования {il'bOl} и {1102} изменяются
при взрыве та {1121} для титана и та {2201} и
{2203} для сплава ОТ4.
Техника взрывной обработки металлов, как и импуль-
сной деформации электромагнитной и электроискровой
энергией, крайне специализирована, и описание этих про-
цессов выходит за рамки настоящей работы. Поэтому мы
можем лишь рекомендовать читателю специальную ли-
тературу [61,79—81 ].
При разработке технологических 'процессов высоко-
скоростного деформирования в первую очередь встает
вопрос о технологической пластичности деформируемо-
го металла. Результаты исследования технологической
пластичности титановых сплавов при низких и высоких
температурах показали, что с увеличением скорости де-
формирования пластичность либо не изменяется, либо
увеличивается [82—84]. Для всех титановых сплавов
цри температурах их горячего деформирования техноло-
гическая пластичность при высоких скоростях течения
металла оказалась практически неограниченной, поэтому
допустимы самые высокие степенй деформации.
Методом высокоскоростного деформирования можно
изготовлять поковки с тонкими стенками и ребрами, ко-
торые оформляются в направлении деформирующего
удара. Успешно штампуются также поковки с тонкими
полотнами, расположенными перпендикулярно удару.
Хорошо проштамповываются углы с малыми радиусами
62
закругления. Внешние штамповочные уклоны обычно
можно те предусматривать, внутренние уклоны должны
составлять 0,5—1,0°. Не следует, однако, считать, что
высокоскоростной штамповкой целесообразно изготов-
лять только штамповки сложных конфигураций, невы-
полнимых обычными методами пластического формоиз-
менения. В настоящее время иностранными фирмами все
шире рекламируется высокоскоростная штамповка срав-
нительно простых форм [85, 86].
Этапы разработки технологического процесса высоко-
скоростной штамповки поковок в общем сохраняют по-
рядок технологических разработок при штамповке на
обычных машинах, например на молотах [87]. Чертеж
разрабатывают после анализа особенностей конфигура-
ции и размеров детали. В первую очередь выбирают по-
верхности, которые могут быть получены непосредствен-
но штамповкой, без обработки на металлорежущих
станках. Можно получить размеры поковок по диаметру
в пределах 5-го класса точности при чистоте поверхности
V5—V6. Как точность размеров, так и чистота поверх-
ности штампуемых поковок с износом штампа ухудша-
ются. Чистота поверхности V5—V6 и точность размеров
по диаметру до 4—5-го классов получали пока на экспе-
риментальных партиях поковок (100—150 шт.), поэтому
приводимые данные следует оценивать как предвари-
тельные.
‘Радиусы закруглений в плоскости удара не следует
без необходимости делать менее 2 мм, чтобы не затруд-
нять течение ‘металла. В направлении же удара можно
делать углы даже без закруглений. Припуск на механи-
ческую обработку для большинства поковок можно на-
значать с учетом их дальнейшей обработки минималь-
ным (0,5—1,5 мм).
Температуру нагрева заготовок под штамповку для
титановых сплавов ВТЗ-4, ВТ5, ВТ6 и др. можно назна-
чать в пределах 900—ЮОО°С. Для технически чистого
титана —на 50—100°С ниже.
Защита металла поковок от окисления поверхности
имеет особо важное значение, оптимальными являются
высокочастотный нагрев и скоростное охлаждение по-
ковок.
При штамповке титановых сплавов в качестве мате-
риала для матриц обычно применяют сталь 4Х5ВЭФС
твердостью HRC 46—48. Штампы подопревают перед
63
штамповкой приблизительно до ЗОО°С. Смазку ручьев
штампа осуществляют распылением водно-графитовой
смеси [71].
ГЛАВА VII
ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И УДАЛЕНИЕ ОКАЛИНЫ
В авиастроении, приборостроении, аппаратостроении,
судостроении и других отраслях, где титан находит наи-
большее применение, широкое распространение получи-
ло изготовление из листов самых разнообразных дета-
лей. Основные операции листовой штамповки — гибка,
вытяжка, отбортовка, формовка резиной, обтяжка, вы-
колотка и доводка. Листовая штамповка деталей из ти-
тановых сплавов возможна без нагрева металла ‘(пре-
имущественно для тонкостенных изделий из пластичных
сплавов) и с нагревом (из листов большой толщины).
Для малопластичных сплавов возможна штамповка с
нагревом.
Из-за высоких значений предела прочности и текуче-
сти, а также низких антифрикционных свойств холодная
пластическая деформация титановых листов является
более трудной операцией, чем стальных. Вследствие
большой прочности титана и повышенных сил трения
требуется более мощное оборудование и происходит бы-
стрый износ штампов. На заготовках под штамповку не
допускаются зазубрины, выбоины, зарезы и пр., так как
титан очень чувствителен к концентраторам напряжений,
которые во время деформирования могут привести к
трещинам и разрывам. Кромки заготовок приходится
тщательно зачищать и округлять. При раскрое заготовок
необходимо учитывать возможную анизотропию свойств
титановых листов.
Выбор марки сплава производится с учетом его меха-
нических и технологических свойств (табл. 17).
При нагреве титановые сплавы приобретают высокую
пластичность, что позволяет значительно облегчить опе-
рации штамповки листов. По поводу температуры штам-
повки листовых титановых сплавов зарубежные авторы
64
дают различные рекомендации. Так, например, опти-
мальными рекомендательными температурами считают-
ся: 370 1[88], 260—315 [89], 260—375 [90], 240—350°С
;[91 ] и т. д.
Однако отечественный опыт листовой штамповки До-
казал, что оптимальным является нагрев до температуры
350—400X2. Сплавы марок ВТ 1-00, ОТ4-1, ОТ4-0 облада-
ют достаточной пластичностью для изготовления из них
штамповкой в холодном состоянии сложных листовых
деталей. В результате холодной деформации при штам-
повке некоторых деталей необходимо производить один-
два меж опер анионных отжига в связи с сильным упроч-
нением материала. Штамповку с подогревом сплавов
ВТ5-1, ВТ6, ВТ14 целесообразно проводить для сокраще-
ния числа операций и увеличения точности изготовления
деталей. Оптимальная температура штамповки в таком
случае для сплава BTil-О составляет 350—400°С, для
сплава ОТ4-1 500—650°С. Для менее пластичных сила-
Таблица 17
МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НЕКОТОРЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ [92]
Марка сплава Термическая обработка сто,г О в 'б % 5 > % равн Ч>. %
ВТ1-00 ОТ4-1 ОТ4-0 ВТ5-1 Отж иг 0,8—0,85 0„8—0,85 0,8—0,85 0,85—0,90 1— 1— КЗ to 1 к, ело ел to оз со и*. СП СП Сл о 9—10 8—9 7—8 7—8 45—55 30—50 30—45 25—40
ВТ6 Закалка с 800—840°С Старение при 500°С 0,76—0,8 0,88—0,92 16—18 14—16 7—9 25—40
ВТ14 Отжиг Закалка с 820—880°С Старение при 490—520°С 0,9-0,95 0,68—0,72 0,92—0,95 8—16 14—20 7—12 4—5 9—11 —
Пр и м еда ине. Указанные свойства соответствуют листам толщиной
до 2,0 мм. С увеличением толщины материала более 2,0 мм показатели пла-
стичности ухудшаются,
65
вой ВТ5-1, ВТ5, ВТ6, ВТ14 и др. при штамповке с подо-
гревом оптимальная температура деформирования со-
ставляет 550—750°С.
Самым простым способом нагрева, как указывалось
ранее, является нагрев в электрических печах. Печной
нагрев применяют при штамповке толстых листов (4—
6 мм). При нагреве заготовок в газовых или мазутных
печах необходимо соблюдать ряд предосторожностей по
тем же причинам, что и для нагрева заготовок и поко-
вок.
С целью восстановления пластичности деформирован-
ного материала для сплавов марок ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0,
ОТ4-1, ВТ5-1 применяют межоперационный отжиг, а для
снятия внутренних остаточных напряжений — оконча-
тельный отжиг. Так как листы поставляются в отожжен-
ном состоянии, перед штамповкой предварительная тер-
мическая обработка не производится.
Для снятия внутренних напряжений, образовавшихся
в результате механической обработки деталей, листовой
штамповки, сварки и т. п., применяют неполный отжиг.
В табл. 15 приведены режимы неполного отжига. Сплавы
ВТ6С и ВТ14 упрочняются термической обработкой.—
закалкой с последующим старением. Режимы при этом
следующие.
Таблица 18
РЕЖИМЫ НЕПОЛНОГО ОТЖИГА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
ПОСЛЕ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Марка сплава Межопсрационный отжиг Окончательный отжиг
1. 'С т, мин i, °C т, мин
втьоо 550—600 10—30 500 30—60
ОТ4-0, ОТ4-1 650—700 10—30 450—600 30—60
DT5-1, ВТ6С, ВТ14 750—800 10—30 550—ОаО 30—60
Для сплава ВТ6С: закалка с 800—840 или 950°С в во-
ду, старение на воздухе с 500°С, выдержка 2 ч. Для спла-
ва ВТ14; закалка с 820—880°С в воду, старение с 490—
5203С, выдержка 4—20 ч. Для сплава ВТ6С закалка с
800—840°С обеспечивает наиболее высокую штампуе-
мость, однако здесь после старения свойства несколько
ниже, чем после закалки с 950°С.
66
При нагреве под штамповку и при термической обра-
ботке на листах образуется окалина, которую необходи-
мо удалить для улучшения штампуемости материала,
возможности контроля качества отштампованных дета-
лей, улучшения качества последующих сварных соеди-
нений и качества поверхности готовых деталей, а также
повышения надежности работы их в эксплуатационных
условиях.
Нагрев выше 700°С сопровождается возникновением
трудно удаляемой окалины, а также газонасыщенного
твердого слоя. Однократный кратковременный нагрев до
температуры ниже 700°С практически .не ухудшает
штампуемости материала и сопровождается незначи-
тельным окислением .поверхности листов. Поэтому ока-
лину после однократного нагрева нс удаляют. Однако
после дву —трехкратного нагрева и окончательного из-
готовления деталей удалять окалину следует обяза-
тельно.
2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВ И СМАЗКА
Для изготовления штампов, -применяемых при листовой
штамповке титана, широко используют инструментальные
стали. Обычно для изготовления матриц и пуансонов
применяют материалы, приведенные в табл. 19. В про-
цессе штамповки важную роль играют зазоры между
матрицей и пуансоном, так как они оказывают существен-
ное влияние на усилие штамповки, на износ и стойкость
инструмента, качество поверхности среза и точность по-
лученной детали. Зазор, при котором сопротивление де-
формированию и общее усилие штамповки будут наи-
меньшими, определяется штампуемым материалом и
его толщиной. При недостаточной величине зазора мо-
гут получиться рванины и слоистость на поверхности
среза.; большой зазор при тонком материале (до 1,5 мм)
может привести к втягиванию материала между матри-
цей и пуансоном и разрыву материала, т. е. к рваным
заусенцам. Зазор между матрицей и пуансоном при
листовой штамповке титана и его сплавов определяют
по формуле {92]
г = (0,03 4- 0,05) s,
где s — толщина листа, мм.
67
Таблица 19
СТАЛИ, применяемые для изготовления ШТАМПОВ
Штампы Марки стали Твердость после закалки и цементации на глу- бину 0,5—0,8 мм, HRC
матрица пуансон
Для вырубных и пробивных штампов: пластинчатые простые сложные, а также для точных деталей 20 У8А У8А, У10А ХВГ, 9ХС, ХГ Х12Ф1 СП сл сл Сл сл Cb QO СО СГ) IIIII СЛ Сб Cj i3> 1 QO QO о О О 1 сл СЛ Сл Сл сл ю W Л* *₽* л- 1 1 1 1 1 СЛ сл ел Q1 ел СЛ VI П
Для гибочных штам- пов: простые сложные 20 У8А, У10А Х12Ф1 сл сл сл I о сг> го ! 1 1 1 tjj ел а о ст? 56—00 56—60
'При вытяжке односторонний зазор между матрицей
и пуансоном определяют по формуле [92]
z = (1,2 4- 1,25) у.
При штамповке сложных деталей со значительным
формоизменением штампуемый материал сильно налипа-
ет на рабочие поверхности штампов.
Для предотвращения задиров деталей при штамповке
и увеличения стойкости штампов необходимо применять
смазки. При холодной штамповке наиболее эффективной
смазкой является хлорвиниловый лак ХВЛ-21. Защитная
пленка, образуемая на заготовке после нанесения этого
лака, сохнет в течение 2—5 мин, после чего выдержива-
ет высокие давления и предохраняет заготовку от непо-
средственного контакта со штампом. После штамповки
пленку удаляют органическими раствооителями Р-4 или
Р-5.
При горячей вытяжке и выдавливании применяют в
качестве смазки жаростойкий лак ФГ-9, 'выдерживаю-
щий рабочую температуру штамповки до 300°С. Для
уменьшения трения при вытяжке заготовок с этим лако-
вым покрытием матрицу и прижимное кольцо смазывают
маслом. После штамповки лак растворяют в органиче-
ских растворителях (толуол, ксилол).
68
В тех случаях, когда применение лаковых покрытий
затруднено, хорошей смазкой может служить графитовый
коллоидный водный препарат В-0 или iB-4. Эта смазка
эффективна при любой температуре штамповки титано-
вых сплавов.
При штамповке резиной применяют следующие смаз-
ки: тальк, чешуйчатую слюду, смесь 50—60% порошко-
образной асбестовой ваты (обожженной при 1000—
1200°С в течение 10—42 ч) с 40—50% талька н смесь
40—50% талька с 50—60% парафина. Смазку, состоя-
щую из смеси талька .с парафином, применяют в виде
брикетов для натирания рабочей поверхности формую-
щей резины. Смазки перед употреблением нагревают до
150—20О°С.
3. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Заготовительные операции. В производстве листовых за-
готовок и деталей из титановых сплавов применяют рез-
ку заготовок на гильотинных, дисковых и вибрационных
ножницах, вырубку заготовок и деталей, пробивку и
сверление отверстий 'в заготовках и деталях и др.
'Пробивка небольших отверстий в титановых листах
связана с определенными трудностями, поэтому не реко-
мендуется пробивать отверстия с поперечным сечением
меньше толщины листа. Минимальные размеры отвер-
стий, пробиваемых в листах, приведены в табл. 20.
Усилие вырубки определяют по формуле
^выр ~ 1>25 L 8 <7Ср ,
где 1,25— коэффициент, учитывающий колебания в тол-
щине штампуемого материала, притупление
режущих частей штампа и т. п.;
А —периметр вырезанного контура, мм;
з — толщина материала, мм.
Гибка. Гибочные операции для титана и его сплавов
являются более трудоемкими и сложными, чем для стали
и цветных металлов. В производственных условиях гиб-
ку производят с рабочим радиусом /?раб, который боль-
ше /?Ш!п и гарантирует получение хорошего качества де-
талей. В табл. 20 приведены значения минимальных и
рабочих радиусов гибки. Если радиус гибки меньше зна-
чений, приведенных в табл. 21, штамповку следует осу-
69
Таблица 20
НАИМЕНЬШИЕ ДОПУСКАЕМЫЕ РАЗМЕРЫ ОТВЕРСТИИ,
ПРОБИВАЕМЫЕ В ЛИСТАХ
Марка сплава Размеры отверстия, мм, к форма
круг квадрат со стороной
ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0 (в холодном сос- тоянии) >1,2 1> 1,0
ОТ4-1, ВТ5-1, ВТ6С (в холодном состо- янии) >2,0 >1,75
Все марки (при нагреве до 300—400°С) >1,0 ,>0,75
Таблица 21
МИНИМАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ РАДИУСОВ ГИБКИ, ММ
Марка сплава при холодной гибке При гибке с нагревом
- плп Драб ^iniii Sa6
ВТ1-00 1,5—2,05 2,5—3,0 1,0—1,2 1,5—1,8
ОТ4-1 1,8—2,5 3,0—3,5 1,2—2,0 il,8—2,2
ОТ4-0 2,5—3,0 4,0—5,0 1,5—2,0 2,0—2,5
ВТ5-1 4,0—4,5 5,5—6,0 2,5—3,5 315—4.5
ВТ6С в отож- женном состоя- нии 5,5—6,0 6,0 3,5—4,0 5,0—6,0
ВТ6С после за- калки с 800— 840°С 3'5—4,0 5,0—5,5 (
ВТ14 в отож- женном состоя- нии 3,5—4,5 4,5—5,5 2,0—2,5 3,0—3,5
ществлять за 2—3 операции-с межоперационными отжи-
гами.
При гибке 'необходимо учитывать упругую отдачу ма-
териала, которая зависит в основном от температуры де-
формирования, относительного радиуса гиба /?г и угла
гиба фг. Усилие гибки определяют по следующим форму-
лам.
При V-образной гибке
/?г = 0,6 -
Я +
70
Таблица 22
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЫТЯЖКИ
ПРИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ
Марка СпЛава Толщи «а заготовки (вытяж- ка без нагрева), мм Толщина заготовки (вытяж- ка при нагреве)» мм
<1 1—3 >3 <1 1—3 >3
ВТ 1-00 ОТ4-0 ОТ4-1 В Т5-1 BIGG ВТ14 (отжиг) ВТ14 (закалка) ВТ20 ВТ23 (отжиг) ВТ23 (закалка) 1,6-1,9 1,6-1,9 1,55-1,8 1,2-1,3 1,2-1,3 С2-1,3 1,3-1,4 1,8-2,0 1,8-2,0 1,8-1,85 1,4-1,5 1,4-1,5 1,25-1,4 1,4-1,5 1,6-1,7 1,4-1,5 1,5-1,7 1,5-1,7 1,45-1,6 1,2-1,3 1,2-1,3 1,2-1,3 1,3-1,35 1,8-2,0 1,8-2,0 1,7-1,9 1,4-1,5 1,4-1,5 1,45-1,55 >2,0 >2,9 >2,0 1,6-1,7 1,6-1,7 1,65-1,7 1,4-1,6 1,8-2,0 >2,0 >2,0 >2,0 1,5-1,6 1,5-1,6 1,5-1,6 1,3-1,5
При U-образной гибке
п л 7 Вл»
лг = 0,7--------- (Г ,
Я + 1,25 s и
где В — ширина изгибаемой заготовки, мм;
R — радиус гиба (пуансона), мм;
Он — предел прочности материала при данной темпе-
ратуре деформирования.
Смазку при операциях гибки не применяют.
Вытяжка. Степень деформации при вытяжке опреде-
ляется коэффициентом вытяжки
.^Свыт ~ 70/^ер,
где D—диаметр заготовки, из которой производится
вытяжка, мм;
dev=dn+s— средний диаметр вытянутой детали
(dn— диаметр пуансона, мм; s— толщина ма-
териала, мм), мм.
Основным критерием, определяющим способность
листовых материалов к глубокой вытяжке, является
предельный коэффициент вытяжки
Лвыт . пр — Dmax/^cpi
71
где Ртах — наибольший диаметр заготовки, из которого
может быть получена деталь со средним диа-
метром Jcp, мм.
Значения коэффициентов вытяжки приведены в
табл. 22. Предельный коэффициент вытяжки при ком-
натной температуре составляет 2,0—2,2, линейно возра-
Рис. ;Н. Значения напряжений вытяжки
некоторых титановых сплавов при штам-
повке с нагревом в зависимости от коэф-
фициента вытяжки:
2 —ВТ6; 2 — ВТ14; 3 — ВТ51; 4 — ОТ4'0;
5 —ОТ4-1; 5 —ВТ1-0
стая с подогревом примерно до 3,6 при 500°С и мало из-
меняясь при дальнейшем повышении температуры до
700—750°С. При подборе мощности оборудования усилие
вытяжки определяется по формуле
^йыт L/ S ,
Рис. 12. Значения напряжений
вытяжки некоторых титановых
сплавов 'при штамповке в хо-
лодном состоянии в зависимос-
ти от коэффициента вытяжки:
J — BT6; 2 — ВТ5-И: 3 —BT14;
4 — QT4-0; 5 — ОТЧ-1; 6 — ВТ.1-0
где L — периметр поперечного
сечения вытягивае-
мой детали по сред-
ней линии, м;
Опыт — напряжение вытяжкц,
зависящее от темпе-
ратуры деформирова-
ния и коэффициента
вытяжки, кгс/мм2.
Значения (ГВЫт при вытяж-
ке в холодном и горячем со-
стояниях даны на рис. 11 и 12.
Для предотвращения склад-
кообразования при вытяжке
давление прижима заготовки
подсчитывается по уравнению
P = qCF,
72
где F—площадь прижима заготовки, м2;
С — коэффициент вытяжки;
q— удельное усилие прижима, кгс/мм2.
Основное влияние на величину удельного усилия ока-
зывают коэффициент вытяжки, температура деформиро-
вания и толщина штампуемого материала.
Так как вытяжка в холодном и в горячем состояниях
производится ниже температуры рекристаллизации, ма-
териал получает значительное упрочнение, снять кото-
рое между вытяжными операциями можно отжигом.
Сложные детали с /<Выт>1,35, вытянутые при темпера-
туре ниже 65О°С, для снятия остаточных напряжений во
избежание образования трещин необходимо сразу под-
вергать отжигу. Режим межопсрационного и оконча-
тельного отжига указан в табл. 16.
При глубокой вытяжке необходимо учитывать изме-
нение толщины штампуемой заготовки. Основное влия-
ние на изменение толщины стенок оказывает степень де-
формации (табл. 2'3), В табл. 24 приведены значения мак-
симального утонения материала в месте сопряжения дна
со стенкой детали и утолщения кромки. Большое влияние
на процесс вытяжки оказывает скорость деформирова-
ния. Глубокую вытяжку с коэффициентом вытяжки более
Таблица 23
СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИЖИМА
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЭФФИЦИЕНТА ВЫТЯЖКИ, кгс/мм’
Марка сплава В холодном состоянии
1.В—1,5 1,6-1,8 >1,9
ВТ1-00, ОТ4-0, ОТ4-1 ВТ5-1 ВТ6С, ВТ14, ВТ20, ВТ23 Ю SO 03 сч со о o'о' 1 1 1 о о 0,27—0,31 U-, 0,33—0,4
П родолжение
Маркл сплава в горячем СОСТОЯНИИ
1,5—1.7 1,8—2,0 >2,0
ВТ1-00, ОТ4-0, ОТ4-1 ВТ5-1 ВТ6С, ВТ14, ВТ20, ВТ23 0,12—0,15 0,14-0,17 0,17—0,20 0,16—0,18 0,18—0,22 0,19—0,25
73
Таблица 24
ЗНАЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО УТОНЕНИЯ, %
Характер изменения тол- щины материала Вытяжка в хо- лодном состоянии При Вытяжка п горя- чем состоянии при
к БЫТ. Пр| к выт.раб. /С выт* пр. X оыт.раб.
Утонение на сопряжении дна со стенкой Утолщение кромки . . . 10—15 20—25 4—8 17—20 12—18 20—25 6—10 18—20
1,8 рекомендуется производить на тихоходных прессах
при Старостине более 0,25 м/с. Важное значение при вы-
тяжке имеет применение смазок, выдерживающих высо-
кое удельное усилие и действие повышенных температур.
Весьма существенное влияние на процесс вытяжки
оказывают радиусы закругления и зазоры. От них за-
висят усилие вытяжки, число операций, а также стой-
кость штампа и качество готового изделия. Оптимальным
следует считать такой радиус закругления, при котором
в процессе штамповки не образуются складки. Величина
радиуса закругления зависит от вида и толщины мате-
риала, коэффициента вытяжки, порядкового номера вы-
тяжной операции.
Отбортовка и выдавка. Отбортовку производят в
инструментальных штампах; относится она к опера-
циям, изменяющим форму заготовки или детали путем
местных деформаций. Применяется отбортовка для по-
лучения деталей с большим фланцем и придания им
жесткости. Деформация при отбортовке происходит под
действием растягивающих напряжений, . вызывающих
утонение материала в зоне отбортовки.
Критерием способности материала к отбортовке слу-
жит предельный коэффициент отбортовки.
ь- _ D ________ dn з
Аотб. пр — Т —----3---»
WQ Оф
где D — диаметр отбортованного отверстия;
d(J — минимальные отверстия в заготовке, которые
можно отбортовать пуансоном диаметром dn без
разрыва металла, мм;
du —диаметр пуансона, мм.
74
Величина предельного коэффициента отбортовки за-
висит от температуры деформирования, толщины штам-
пуемого материала и радиуса отбортовки:
раб = (0,8о — 0,9) /Сото. пр •
В табл. 25 приведены значения предельных и рабочих
коэффициентов отбортовки титановых сплавов в холод-
ном и горячем состояниях. Рабочие коэффициенты от-
бортовки принимают обычно па 15—20% Ниже предель-
ного коэффициента.
Таблица 25
ЗНАЧЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ И РАБОЧИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
ОТБОРТОВКИ
Марка сплава При холодной отбортовке При отбортовке с нагревом
К ото. пр. я: , й отб- раб. К - отб,пр. к . , ото.раб*
ВТ1-00 1,75—1,80 1,6—1,7 1 >2,0 1,7—1,80
ОТ4-1 1,6—1,75 1,4—1,62 j
ОТ4-0 1,5—1,70 1,35—1,60 1,75—1,90 1,6—1,75
ВТ5-1 1,25—;1,40 ъ—й 1,7-11.75 1,5—1,60
ВТ6С (отжиг) 1,2—1,30 —" 1,5—1,75 1,35—1,40
ВТ6С (закалка с 800—840°С) 1,3—1,40 1,2—1,30 — с—
ВТ 14 (отжиг) 1,5—1,65 1,36—1,40 1,6—1,70 1,4—1,60
Примечание. Указанные коэффициенты отбортовки действительны
для отбортовки круглых отверстий в листах с $«=0,8-^2»5 мм при радиусе
закругления между флянцем в бортом не менее 6s.
При отбортовке .возможно возникновение трещин, по-
этому кромки полученного отверстия под отбортовку дол-
жны быть тщательно зачищены. Диаметр отверстия под
отбортовку рассчитывают по приближенной формуле:
d0 ~ — 2 - (гм ф- s') -|~ /zj
или
d0=D1-2A-l,2rM,
где — средний диаметр после отбортовки, мм;
гм-радиус закругления матрицы, мм;
h —высота цилиндрического участка борта, мм.
75
Таблица 26
ЗНАЧЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЫДЛПЦН
Марка сплава Плоская выдавка
в холодном состоянии в нагретом состоянии в холодном состоянии в нагретом состоянии
ST1 0,22—0,24 >#0,3 0,44—0,48 >0,5
OT4-I 0,20—0,22 >0,3 0,37—0,42 >0,5
ОТ4-2 0,12—0,20 0,20—0,24 0,25—0,40 0,28—0,32
ВТ5-1 0,18—0,22 0,40—0,42
ВТ6С (отжиг) ‘— 0,10—0,15 — 0,20—0,35
ВТ6С (закалка с 800—840°С) 0,10—0,15 — 0,20—0,30 —
ВТ14 (отжиг) 0,12—0,15 0,25—0,30 —
После определения do проверяется Kor&=Dlldo. Он
не должен выходить за пределы допускаемого значения
Котб. раб-
Очень часто встречается операция отбортовки не-
больших отверстий методом выдавки, т.е. штамповкой
углублений с последующим сверлением. Выдавка приме-
няется для увеличения жесткости деталей и получения
конструктивных углублений. Производится она в инстру-
ментальных штампах.
Деформация при выдавкс происходит за счет мест-
ного растяжения материала и определяется главным об-
разом относительным удлинением. Способность мате-
риала к выдавке определяется предельным коэффициен-
том выдавки, который находят но формуле
Авыд. пр -^Апах/^ = ^АпакЛ^и -*’) ’
где Ятах — максимальная глубина выдавки, мм;
—s — диаметр или наименьшая сторона
выдавки, мм.
dy[ — диаметр матрицы, мм.
Предельный коэффициент выдавки зависит от темпе-
ратуры. Рабочий коэффициент выдавки К№Мд-раб=
= (0,854-0,90) Лвыд.пр-
Значения предельных коэффициентов выдавки тита-
новых сплавов приведены в табл. 26. В производствен-
ной практике рабочие коэффициенты выдавки должны
быть снижены на 10—.1.5 %.
Формовка резиной. Процесс изготовления деталей из
листового титана формовкой резиной состоит из двух
7G
последовательных операций: собственно формовки рези-
ной и доводки контура детали согласно требованиям чер-
тежа и шаблона. Преимуществом формовки резиной яв-
ляется дешевизна, простота производства и обслужива-
ния, возможность в короткое время перестроить пресс на
разные детали. Гибка на резиновых прессах дает хоро-
шие результаты, обеспечивая однородное давление, и
приводит к равномерной деформации заготовки.
Формовка резиной может осуществляться без нагре-
ва заготовок либо с пагревом их до 650—600°С. Формо-
образование деталей с нагревом необходимо производить
при помощи пластин резины, укладываемых поверх на-
гретых заготовок. При отсутствии специальной жаро-
стойкой резины высокой механической прочности допу-
скается использование теплостойкой резины марки 5168.
Поскольку титан и его сплавы отличаются высокой
упругой отдачей, то при формообразовании деталей ре-
зиной необходимо применять многопереходную штам-
повку с промежуточными отжигами, правкой стенки и
посадкой борта с тем, чтобы на каждом переходе значе-
ние коэффициента посадки не превышало 2—3%. Сте-
пень посадки характеризуется коэффициентом, который
определяется по формуле
Кп=(1-ед) юо%,
где — минимальный радиус по кромке детали (в
плане), мм;
— радиус заготовки в этой же зоне, мм.
Для правильного выбора параметров отбортовки ре-
зиной на основании проведенных опытов предложены раз-
личные номограммы ф93, 94].
Штамповка на листоштамповочных молотах. Для
штамповки титановых сплавов применяют мощные ли-
стоштамповочные молоты, на которых можно произво-
дить гибку, выдавку и отбортовку. В зависимости от тре-
буемой степени деформации с учетом рабочих коэффи-
циентов вытяжки, отбортовки, выдавки и радиуса гиба
указанные выше операции можно производить в холод-
ном или горячем состояниях. Нагрев заготовки осущест-
вляется непосредственно перёд штамповкой па штампе
электроконтактным способом или при помощи кислород-
ной горелки [95—97].
Гибка с растяжением, правка, выколотка и выдавка.
Для получения изделий с большим радиусом изгиба при-
77
меняют гибку .с растяжением, которая позволяет изготов-
лять детали с большой точностью. Обычными способами
гибки трудно получать такие детали, так как они будут
выпрямляться после извлечения из штампа под действием
упругих деформаций. Практикой установлено, что при
холодной гибке с растяжением тонких титановых листов
пластическая деформация более 7% может принести к
разрывам [94].
Очень часто не удается получить детали заданных
размеров непосредственно после штамповки или гибки.
Для доведения размеров до заданных применяется прав-
ка. Лучше всего титановые детали править на специали-
зированных правильных машинах с перегибом на 2°,
учитывая обратную деформацию, происходящую во
время отжига, Применяют также горячую правку с
предварительным нагревом стальных матриц и форм,
передающих тепло обрабатываемым деталям.
'При штамповке применяют выколотку как вспомога-
тельную операцию. Производят выколотку на пневмати-
ческих выколоточпых молотах и ручным способом при
помощи молотка и специального инструмента. Выколот-
ку пластичных титановых сплавов (ВТ1-0, ОТ4-0) можно
производить в холодном состоянии с промежуточными
отжигами или с нагревом до 300—500°С и окончатель-
ным отжигом после изготовления. Остальные сплавы для
выколотки требуют обязательного нагрева па 550—700°С.
В тех случаях, когда необходимо получить из тонко-
го листа деталь с неизменной конфигурацией по радиу-
су конической или цилиндрической формы, применяют
выдавку. Для этой операции используют имеющиеся
токарно-давильные станки. Чаще всего давильные опера-
ции титановых листов 'Производят с подогревом; горелки
располагают по периметру детали [97]. Температура
деформирования при выдавке составляет 300—500°С.
В процессе изготовления детали производятся один-два
межоперационных отжига для восстановления пластич-
ности материала и уменьшения потребного усилия для
выдавливания. Выдавливание производится стальными
закаленными давильниками или роликами. При этом
используется в качестве смазки графитовый коллоидный
препарат марки В-0 или В-1.
Ввиду малой производительности и сложности про-
цесса горячего выдавливания титана он не нашел приме-
нения в отечественной практике.
78
ГЛАВА VIII
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
В последние годы широкое распространение к отечест-
венной и мировой практике получили так называемые
термомехацические методы упрочнения металлов. Эти
способы основаны на контролируемом изменении тонкой
структуры металлов в направлении получения структу-
ры с резко пониженной подвижностью дефектов кри-
сталлического строения .[98, 99].
Известны многочисленные способы термомеханиче-
ской обработки металлов [99, 100]. Наиболее распрост-
раненными из них для титановых сплавов: высокотем-
пературная термомеханическая обработка (ВТМО),
термомсханическая обработка с деформированием за-
каленного материала и механико-термическая обработка
(МТО).
Первые два вида обработки значительно повышают
прочностные и пластические свойства сплавов, а МТО
приводит к созданию термически стабильного состояния
и увеличивает жаропрочность Впервые целесообраз-
ность применения ТМО для титановых сплавов была по-
казана в работах [101, 102].
В настоящее время многочисленными исследователя-
ми доказано положительное влияние термомеханической
обработки на механические свойства всех основных ти-
пов титановых сплавов,
ВТМО заключается в обработке сплавов давлением
при температурах выше температуры рекристаллизации,
последующей немедленной закалке и дальнейшем ста-
рении. М. Л. Берштейном и другими авторами показано,
что при ВТМО (а+р)-сплавов деформация должна
производиться при температурах, близких к границе пе-
рехода ct4-|3n=tp, что обеспечивает повышение механи-
ческих свойств в весьма значительных пределах {1103,
104]. Влияние степени деформации (20, 40 и 60%) при
ТМО в интервале температур 1100—500°С с последую-
щим охлаждением в воде, на воздухе и в асбесте на ме-
ханические свойства сплавов ОТ4, ВТ6, и ВТ14 изучали
авторы работы [105] и др.
Установлено, что быстрое охлаждение способствует
получению материала с различным пределом прочности
без ТД4О и с ТМО; для сплава ОТ4 после закалки с
79
температуры 900—1100°С в воде предел прочности без
ТЛЮ составляет 93 кгс/мм2, а сТМО— около 100 кгс/см2.
Охлаждение с более умеренными скоростями практи-
чески не повлияло на предел прочности. В то же время
при более низких температурах обработки (500—800°С)
и обжатии порядка 40% наблюдалось весьма ощутимое
возрастание твердости по мере повышения температуры
прокатки, что объясняется авторами как результат преоб-
ладающего влияния наклепа по сравнению с разупрочне-
нием вследствие отдыха. iB то же время авторы обра-
щают внимание на термическую нестабильность титано-
вых сплавов после ТМО и, как следствие этого, сужение
области их применения: титановые сплавы после ВТМ.0
можно использовать в обработанном состоянии только
при комнатной и близких к ней температурах.
Весьма эффективна ВТМО для повышения пластич-
ности сплавов типа ОТ4, ОТ4-1 и подобных им. После
ТМО пластичность таких сплавов повышается в два-три
раза, а ударная вязкость — в полтора-два раза, причем,
по утверждению А. С. Шигарева1, пластичность повы-
шается тем значительнее, чем ближе к предельной темпе-
ратуре существования a-фазы температура, при которой
заканчивается деформация титановых сплавов при ТМО,
Особенно хорошо влияет высокотемпературная термоме-
ханическая обработка на свойства сплавов типа ВТЗ-1.
Так, после деформации при 850°С, закалки в воде и ста-
рении при 500°С, предел прочности сплава ВТЗ-1 увели-
чивается с 145,0 до 165,0 кгс/мм2, удлинение возрастает
с 4 до 8%, а сужение —с 8 до 20%, Представляет интерес
исследование 3. Ш. Хородиашвили, подвергавшего сплав
ВТЗ-1 ТМО в вакууме. Ниже даны свойства этого спла-
ва после обычной и термомеханической обработки|[100]:
, кге/им* % Ф. %
Деформация на 60% при 900°С (верхняя граница «+0-
области и последующая закал- ка) 143,0 22,5 60
Обычная закалка с 900аС . . Деформация на 60% при 1000°С (fi-область) и последу- 115,0 16 40
ющая закалка 168,0 11 14
Обычная закалка с 1000°С . . 120,0 7,5 10
1 IJluetspcx Л, С. Термомеха ничсскгит обработка стала и титано-
вых сплавов. Аитореф. капд. дне. №.. 1904.
80
t,°C
Последующее старение (после ТМО при 500°С. а
после обычной закалки при ;550°С), проводившееся в те-
чение 5 ч, приводило к дополнительному повышению
прочности, но несколько уменьшало пластичность.
Б. К. Вульф [100] построил сравнительные кривые изме-
нения кратковременной прочности для сплава ВТЗ-1
(рис. 13). Как видно, до определенной температуры по-
рядка 600°С сплав, обрабо-
танный по режиму ВТМО
(кривая 1), более жаропро-
чен, чем сплав, подвергну-
тый стандартной термообра-
ботке (кривая 2). При тем-
пературах выше 600°С экс-
периментальный сплав раз-
упрочняется быстрее стан-
дартного, что автор объяс-
няет влиянием повышенной
плотности дефектов на ус-
корение процесса диффузии.
Весьма интересно рас-
смотреть влияние термоме-
ханической обработки па [3-
сплавы титана типа ВТ15.
Новиков и Полькин уста-
новили i[106], что для этой
группы титановых сплаво!В максимальные характеристики
прочности достигаются для состаренного сплава, если
ВТМО проводилась при умеренных степенях деформации
(10—40%). При этом показатели пластичности мало из-
меняются по сравнению с полученными в стандартных
условиях. Ниже приведены результаты исследований
свойств сплава ВТ15 после ВТМО с осадкой на молоте и
охлаждением в воде (старение при 450°С в течение 25 ч
{ЮО]):
Рис. 13. Кротколреметтнии проч-
|„асть etuiaiia ВТЗ-1 при повы-
шел иых температурах после об-
рпроток:
! — ВТМО при 87()°С (деформа-
ция 60%)-{-старение при БОО^С
на протяжении 5 ч: 2 — закалка
с 850°С-{- старение при бГ>ОвС па
протяжении Г> ч
а_ _ ♦ кгс/ммz
<Ув , кгс/мм® °*2 ф, % 6, %
Закалка 850°С + старение 124,0 122,0 16 6
ВТМО 850°С па 40% +
+старсние.............. 160,0 156,0 19 7
Возможность значительного повышения прочности и
улучшения пластичности сплава BT15 и его сварных
соединений с помощью ВТМО была также показана в ра-
боте [99].
81
М. X. ШоршорОв с соавторами [99] рассматривают
ряд методов повышения механических свойств титановых
сплавов путем ТМО за счет комплексной термопласти-
ческой обработки. Эффективное упрочнение р-сплавов
титана может быть достигнуто при ВТМО, включаю [цен
в себя горячую деформацию при температуре 1050°С,
закалку и последующее старение, что объясняется
более равномерным распадом и уменьшением размеров
а-частиц в результате наклепа перед старением. Ком-
бинируя режимы ТМО, можно достичь повышения
прочности сплава на 20—40 кге/мм2 (по сравнению с
обычной термообработкой), не снижая его пластичности,
или, наоборот, при незначительном повышении предела
прочности па 5,0—10,0 игс/мм2 увеличить пластичность
в 2—2,5 раза.
Дополнительно упрочнить стареющие ^-сплавы тита-
на можно и путем комплексного воздействия холодной
деформации и термической обработки. Как было уста-
новлено, холодная прокатка с обжатием 20—40% ин-
тенсифицирует процесс выделения ct-фазы, позволяя при
более коротких выдержках получить высокую прочность
в состаренном состоянии [ 107].
Холодная деформация уменьшает время до начала
распада, не меняя при этом температурную зависимость
изменения свойств: во всех случаях максимальная твер-
дость сплава достигается при температуре старения
450’С. С увеличением степени деформации стабильность
р-фазы уменьшается. .Например, старение образцов
сплава ТС6 в течение 2 ч, прокатанных с обжатием 10
и 40%, приводит к возрастанию предела прочности до
148,0—163,0 кге/мм2, в то время как без деформации
даже после 30 ч старения прочность сплава не превы-
шает 90,0 кге/м.м2. В работе [99] приведены результаты
систематических исследований процесса старения мета-
стабильных р-сплавов, на основе которых разработаны
специальные режимы термопластической обработки с ис-
пользованием эффекта полигонизации. Установлено, что
полигонизация стабилизирует высокопрочное состояние
сплавов и способствует сохранению повышенной пластич-
ности.
Особое внимание авторами уделено упрочнению свар-
ных соединений р-сплавов, поскольку стандартная техно-
логия не позволяет получить сварные соединения, равно-
82
прочные с основным металлом. Изучив влияние различ-
ных факторов на поведение титановых р-сплавов при тер-
мопластической обработке с наложением эффектов суб-
структурного упрочнения, авторы разработали и испы-
тали на практике шесть режимов, различающихся между
собой температурой закалки перед деформацией, темпе-
ратурой, степенью и характером деформации, режимом
старения [99].
Наиболее рациональными следует считать следую-
щие режимы,
I. Закалка с 800, ЮОО, 1100 или 1200сС (15 мин), де-
формация за один проход при комнатной температуре,
старение по режиму: 480°С, 5—8 ч-фббО’С, 15 мин. Этот
режим дает возможность повысить прочность на 15,0 —
20,0 кге/мм2 при сравнительно малом изменении пластич-
ности.
II. Закалка с тех же температур, деформация за
один проход при комнатной температуре, быстрый крат-
коврсмепный нагрев в области температур рекристалли-
зации (500—800°'С) со скоростью 80—100°С/с с после-
дующим охлаждением в струе аргона со скоростью 30—
50°С/с, старение по первому режиму.
Этот режим при закалке с 800°С обеспечивает улуч-
шение пластичности при сохранении высоких прочност-
ных свойств. При необходимости проведения высокотем-
пературной закалки указанный режим должен обеспе-
чивать оптимальное сочетание прочности и пластич-
ности.
В работе [108] и было рассмотрено влияние холодной
деформации на процесс распада метает а б ильной ,6-фазы.
Это особенно важно, поскольку сейчас уже не вызывает
сомнения то положение, что основной причиной измене-
ния свойств после термомеханической обработки яв-
ляется повышение плотности несовершенств и измельче-
ние зерна на первых стадиях рекристаллизации при
больших степенях деформации. Авторы этой работы
|[108] наглядно показали, что деформация при комнат-
ной температуре обеспечивает наибольшую плотность
дефектов в |3-сплавах титана и способствует созданию
стабильной структуры с высокими показателями проч-
ности.
Изучено также влияние МТО на свойства а-сплава
АТЗ. Сплав деформировали в условиях ползучести (t~
='500°С; сГв—12 кге/мм5) в течение 24 ч с промежуточ-
83
ной выдержкой при температуре 500°С без приложения
напряжения также в течение 24 ч. Из полученных авто-
рами экспериментальных кривых следует, что МТО зна-
чительно уменьшает скорость ползучести и увеличивает
жаропрочность титановых сплавов.
Изложенное в этой главе дает основание утверждать,
что термомеханическая об работка является действенным
способом повышения прочности и улучшения пластично-
сти титановых сплавов и должна быть рекомендована для
самого широкого внедрения в практику всех отраслей
промышленности, широко применяющих титан и его
сплавы.
Остановимся несколько более подробно на изменении
строения и свойств титановых сплавов в зависимости от
параметров ТМО. При этом следует учитывать, что в от-
личие от сталей, претерпевающих ряд фазовых превраще-
ний в связи с наличием в их составе углерода, титановые
сплавы, как.пр а вило, таких превращений не испытывают.
При изучении совместного влияния пластической де-
формации и термической обработки на структуру и свой-
ства титановых сплавов следует учитывать только а+^р-
переход.
ВТМО изменяет фазовый состав титановых сплавов,
о чем уже говорилось ранее и что подтверждается рабо-
тами ряда исследователей1 [107]. Однако единая тенден-
ция изменения содержания [5-фазы после ВТМО пока не
установлена. Одни исследователи считают, что ТМО зна-
чительно увеличивает количество остаточной p-фазы, а
последующее старение его снижает. Другие, наоборот,
показывают, что процент p-фазы при старении возраста-
ет как после обычной закалки, так и после ТМО.
Выше уже отмечалось, что ВТМО влияет на тонкую
структуру титановых сплавов: с увеличением степени де-
формации при ВТМО в (а+Р)-области плотность де-
фектов увеличивается в обеих фазах, а при обработке в
p-области увеличение степени деформации повышает
плотность дефектов только в остаточной p-фазе, а в 'а-
фазе. она остается постоянной. В связи с этим деформа-
ция перед закалкой в (a-j-p) -области понижает темпе-
ратуру начала а-Др^-р-превращения, а обработка в
ф-области влияния на нее не оказывает (рис. 14). При
пониженных температурах обработки сохраняет-
1 Шигарев Л. С. Термомеханичсская обработка стали и титано-
вых сплавов. Автореф. капд. дис. М., 1964.
84
ся остаточный наклеп,
оказывающий дополни-
тельное влияние на 'свой-
ства сплавов после ТМО.
Иначе говоря, эффект уп-
рочнения сохраняется
только до определенной
температуры деформации.
Для сплава ВТ 15 опти-
мальной температурой де-
формации следует считать
400—500°С, 'что хорошо'
видно на рис. 15.
Суммируя результаты
работ различных исследо-
вателей, можно сделать
вывод о том, что ТМО
следующим образом влия-
ет на. структуру и свойст-
ва титановых сплавов.
1. Н а'б людается из-
мельчение зерен и блоков,
Рис. 14. Влияние ВТМО в ₽ - и
( а+Р )-областях па температуру
превращения сплава ВТЭ-1;
1 — температура почала п^Р-
превращения после ВТМО»,(я+р)-
области; 2 — температура начала
и->Д-превращения после
ВТМО в 3 -области; темпера-
тура конца «-»Р -прспращевкп
причем зерна дробятся при
сравнительно малой деформации, а блоки — во всем ин-
тервале деформации. Изменения размеров зерен и бло-
ков влекут за собой изменение механических свойств: с
измельчением зерен растет пластичность, а с измельчени-
ем блоков растет прочность, а пластичность снижается.
Рис. 15. Предел прочности и относительное сужение сплава ВТ15 в Равней-
мости от температуры деформации (закалка с 1200°С, быстрый кратковремен-
ный нагрев до 400—700’С с деформацией при этих температурах, последующее
охлаждение в струе аргона, старение 'Цри ЧКСРС л течение 8 ч и .при 56(УС
в течение 15 мин):
/ — деформация 13—119%: 2 —деформация 24%
85
В результате ТМО зерна [3-фазы иногда приобретают ха-
рактерную зубчатую форму.
2. Происходит полигонизация (начальная стадия ре-
кристаллизации) структуры, которая, как уже было ска-
зано выше, стабилизирует высокопрочное состояние
сплавов и сохраняет повышенную пластичность.
3. При ВТМО затрудняются диффузионные процес-
сы, примеси диффундируют к границам зерен fl-фазы
значительно труднее, чем при обычной закалке, и рас-
пад этой фазы идет равномернее.
4. Растут микронапряжения, но микродеформации
распределяются более равномерно и иногда даже умень-
шаются.
5. Повышается на 30 -50°С мартенситная точка.
6. Ускоряется распад [3-фазы, что благоприятно влия-
ет на последующее старение.
Влияние различных факторов при ТМО на механиче-
ские свойства титановых сплавав в значительной мере
зависит от химического состава этих сплавов, в частно-
сти от содержания в них легирующих элементов. Это хо-
рошо видно из табл. 27, 'составленной Б. К. Вульфом.
Так, для сплава ВТЗ-1 повышение степени деформации
в а+[3-области при температуре 850—900°С приводит к
непрерывному возрастанию прочности, что, по-видимому,
связано с увеличением содержания Q-фазы. Пластич-
ность постигает максимальных значений при деформа-
ции 60% (/ = 85О°С) или 35% (/ —900°С), а затем падает.
Особенно резкое увеличение прочности и пластичности
наблюдается в начальной стадии деформации (до 20%).
Проведение последующего отпуска при 500°С способст-
вует еще большему увеличению прочности и пластично-
сти.
В некоторых случаях ТМО увеличивает жаропроч-
ность сплавов в 5—10 раз. Б. К. Вульф приводит пример,
когда в определенных условиях сплав ВТЗ-1 после ТМО
разрушается черз 9000 ч, в то время как термически об-
работанные образцы разрушаются не более чем через
2,5 ч [100].
А. С. Шитарев [401] предлагает следующие условия,
которые способствуют рациональному использованию
термомеханической обработки:
1. Сведение времени процесса до минимума.
2. Снижение температуры окончательного деформи-
рования.
8б
Таблица 27
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ТМО
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ВТЗ-1 И ОТ4-1 [НЮ]
Сплав Режим упрочняющей обработки Механические свойства
темпера- тура де- формация, °C степень ! деформа- ции, % последующая обработка 0 , КГС] | | /мм* JM к‘% S, % t, %
9 Охлаждение в 118,0 86,0 12 24
850 60 воде 135,0 100,0 14 32
90 145,0 140,0 7 20
0 Охлаждение в 145,0 129,0 4 8
40 в оде-(-отпуск 165,0 148,0 4 9
ВТЗ-1 90 500’С, 2 ч 155,0 150,0 7 28
0 Охлаждение в 106,0 85,0 12 20
90 поде 128,0 120,0 12 26
900 0 Охлаждение в воде+отпуск 125,0 106,0 4 6
90 500°С, 2 ч 145,0 135,0 8 20
ОТ4-1 1000 0 Охлаждение в 80,0 71,0 10 22
85 воде 70,0 63,0 17 46
3. Кратковременное выдерживание после деформа-
ции перед закалкой для повышения пластичности без
снижения прочности (для сплава ВТЗ-1 пауза составля-
ет 10—15 с).
ГЛАВА IX
НЕКОТОРЫЕ ДЕФЕКТЫ
ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
Брак при отклонениях от установленного технологического процесса
может появляться на различных этапах и причины его различны;
дефекты исходного металла, неправильно выбранные режимы на-
грева и деформации, небрежная резка исходного, металла на заго-
товки и т. д.
В процессе ковки недопустимо появление охлажденных острых
углов, приводящих из-за низкой теплопроводности титана и его
сплавов к быстрому остыванию металла в этих участках и образо-
вании трещин. Острые углы необходимо сбивать или производить
87
кантовку при протяжке таким образом, чтобы избежать их появле-
ния. Кованые заготовки, предназначенные для дальнейшей переков-
ки или являющиеся исходными под штамповку, не должны иметь
трещин, зажимов, законов и других дефектов, а также резких пере-
ходов от одного сечения к другому. Дефекты следует удалять по-
логой зачисткой, глубина которой устанавливается в пределах 10%
диаметра или соответствующего размера по высоте или ширине за-
готовки, При осадке титановых сплавов в несколько переходов с
промежуточными подогревами на поверхности заготовок получаются
складки и морщины. Появление поверхностных дефектов при вы-
садке титановых сплавов в условиях, не приводящих к образованию
аналогичных дефектов в стальных полуфабрикатах, объясняется тем,
что вследствие низкой теплопроводности титана поверхность прут-
ков неравномерно охлаждается из-за отслаивания окалины. Тепло-
проводность стали значительно выше, процесс окалинообразования
протекает более интенсивно и сама окалина менее теплопроводна^
Неравномерное охлаждение поверхности заготовки вызывает ме-
стное повышение сопротивления деформированию. В результате воз-
никает перераспределение напряжений, снижающее устойчивость ти-
тановой заготовки против продольного изгиба в значительно боль-
шей степени, чем стальной.
Как указывалось ранее, при нагреве на поверхности заготовок
из титановых сплавов образуется твердый и хрупкий альфирован-
НЫй слой. Разрушение этого слоя происходит по линиям скольже-
ния, в результате чего на поверхности прутка появляется сетка, со-
стоящая из отдельных чешуек альф и ров а иного слоя, скрепленных
с основным материалом. При сжатии более пластичная сердцевина
прутка выжимается между отдельными чешуйками, а при последую-
щих подогревах и деформации в этих местах, по-видимому, образу-
ются характерные морщины н складки.
Штамповка в одноручьевых штампах деталей простой конфигу-
рации, формоообразование которых не сопряжено с большими пе-
ремещениями металла в полости штампа и которые могут быть от-
формованы за 2—5 ударов молота, затруднений не вызывает. Го-
раздо сложнее штамповка на молотах деталей сложной конфигура-
ции с тонкими и высокими ребрами. Металл, заполняющий полости
штампа, в местах образования ребер после одного-двух ударов на-
столько остывает, что дальнейшее формообразование становится не-
возможным. В этом случае необходимы подогрев заготовки, а так-
же увеличение внутренних уклонов. Однако при увеличенных
уклонах вследствие схватывания нередки случаи застревания заго-
товки в полости штампа. Неоднократные подогревы заготовок до
ковочных температур, требуемые при сложном формообразовании,
приводят к росту зерна. В зонах интенсивного течения металла, при-
легающих к полости разъема штампов, в процессе деформирования
в (а-гР)-облаети зерно измельчается. В зонах затрудненной дефор-
мации яри неоднократных продолжительных подогревах возможно
образование крупного зерна, что приводит к снижению пластине--
ских свойств п разнозернистости структуры.
При подготовке заготовок под листовую штамповку необхо-
димо учитывать чувствительность листов титана к концентраторам
напряжений на кромках (зазубрины, зарезы, выбоины и т, п.), на-
личие которых может привести к трещинам и разрывам при де-
формировании. Кромки заготовок следует закруглять запиловкой с
последующей зачисткой шлифшкуркой.
88
Таблица 28
ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДАВЛЕНИЕМ [2]
Наименование дефекта Причины образования Меры устранения
Трещины по линии разъема I, Шталдеов/са 1, Низкое качество ме- талла 2, Плохой прогрев 3. Недостаточная тол- щина облоя 4. Недостаточный ради- ус перехода из полости в. облой 5, Штамповка .па моло- те завышенной мощно- сти Использование более каче- ственного металла Улучшение прогрева ме- талла Утолщение облоя Увеличение радиусов выхо- да в облой Правильный подбор мощ* КОСТИ
Прострелы у octro- ьаний ребер 1. Чрезмерно топкие ребра 2. Недостаточный ради- ус сопряжения ребра с полотном 3. Плохой нагрев ме- талла 4, Плохой прогрев штампа 5, Слишком тонкое ПО- ЛОТНО Утолщение ребро Увеличение рндиусои со- пряжения Прогрев металла до нуж- ной темиеопгурн Прогрей штампа Утолщение полотка
Зажимы 1. Неправильней уклад- ка ,з а готовки 2 Нехватка металла и месте образования за- жима Точная укладка заготовок с перекрытием участков полости, в которых образу- ются зажимы Увеличение цдн более пра- вильное распределение объ- ема металла в исходной заготовке
Складки Неправильное течение металла вследствие: И) неправильной формы исходной заготовки; 2) неправильной уклад- ки заготовки; 3) нарушения режима нагрева Заготовка должна пере- крывать полость Штампа, что предотвращает переме- щение металла вдоль поло- сти, и, кроме того, необхо- димо соблюдать техноло- гический режим нагрспа
Разнозерннстая структура в сечении поковки Поверхностные тре- щины К РУ п нозер нистая стр у к • тура в утолщенных местах поковок являет- ся следствием много- кратных нагревов и ма- лых степеней деформа- ции II, Койка L Образование глубоко- го хрупкого альфиро- вяниого слоя r резуль- тате нагрева перед ков- Исходна я з а готовка долж- на быть выбрана с учетом необходимой деформации Проведение нагрева при минимально воз мо ж ны х температурах за минималь- но возможное время или в
89
Продолжение табл.
Наименование дефекта Причины образования Меры устранения
Поверхностные тре- щины коЛ при температурах выше ИЮСТС и длитель- ном времени нагрепа 2. Груба обработанная или необработанная по- верхность заготовок и на л ичие доф ектов защитной атмосфере (аргон или гелий), а также в ва- кууме 1Чспаническая обработка нс ниже 4-го класса или по- логая зачистка дефектов наждачным камнем
Внутренние трещи- ны 1. Металлургические де- фекты в слитках: а) включения вольфра- ма, молибдена, хрома; б) расковавшиеся вклю- чения участков насы- щенных кислородом как результат введения окиленных* кусков отхо- дов или насыщенных кислородом кусочков губки при выплавке СЛИТКОВ 2. Затекание смазки при прессовании прутков Отбраковка заготовок с Помощью рентгеновского и ультразвукового контроля
Включения Металлургические де- фекты в слитках (нали- чие вольфрама, молиб- дена, окисных пленок), возникшие в результате добавок при выплавке отходов другого хими- ческого состава
Важную роль в предупреждении брака при горячем деформиро-
вании играет контроль температуры, который обеспечивает соблю-
дение оптимального температурного режима процесса. Перегрев и
подогрев штампуемой заготовки приводят к браку деталей. Конт-
роль температуры заготовок производят пирометрами и игольчатой
термопарой, подключенной к гальванометру. При этом показание
истинной температуры заготовки наблюдается с запаздыванием на
5—8 с. Для быстрого (но менее точного) замера температуры заго-
товок в некоторых случаях применяют термокарандашн. Ориенти-
ровочное определение температуры заготовки с точностью до 50°С
производят с помощью эталонов изменения цвета окисной плевки
в зависимости от температуры нагрева.
Температуру оснастки (штампов, пуансонов, плит и т. и.) кон-
тролируют автоматически потенциометрами. Для этого в оснастке
вблизи поверхности соприкосновения ее с заготовкой делают отвер-
стие для ввода термопары. Выборочный контроль температуры ос-
настки в любой точке осуществляют игольчатой термопарой. Для
контроля и регулирования температуры печей нагревательных и
термических применяют автоматические потенциометры.
В табл. 28 дано описание некоторых наиболее характерных де-
фектов, возникающих при обработке титановых сплавов давлением.
90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агарков Г. Д., Аношкин И. Ф. — В кн.: Титановые сплавы для
новой техники. М., «Наука», 1968, с. 35—38 с ил.
2. Ковка и штамповка цветных металлов. Справочник. М., «Ма-
шиностроение», 1972. 228 с. с ил.
3. Глазунов С, В., Моисеев В. Н., Борисова Е. Л. —В кн.; Приме-
нение титана в народном хозяйстве. М., «Цветметинформацпя»,
1970, с. 12—19 с ил.
4. Моисеев В. Л.— «Металловедение и термическая обработка
металлов», 1967, М? 12, с. 8—12.
5. Моисеев В. Н., Шолохова Л. Л.— В кн.: Титановые сплавы.
М., «Металлургия», 1972, с. 160—168 с ил.
6. Лужников Л, Л., Моисеев В. Л.— «Металловедение и термиче-
ская обработка металлов», il961, Ks 7, с. 29—'34.
7. Моисеев В. Н., Лужников Л. Л. — В кн.: Передовой научно-
технический и производственный опыт. Вып. 8. М., ЦНИИ ЦМ,
1960, с. 1—19 с ил.
8. Металловедение титана. М., «Наука», 1964.
9. Долачев Б. А., Ливанов В. А., Буланова А. А. Механические
свойства титана и его сплавов. М., «Металлургия», 1974. 128 с.
с ил.
,10. Глазунов С. Г., Важенин С. Ф. Применение титана в народном
хозяйстве, Киев, «Техн1ка», 1975. 200 с. с ил.
11. Данюк А. И., Страха Э. М. — В кн.: Применение титана в на-
родном хозяйстве. М., «Цветметинформацпя», 1967, с. 3—13.
12. Заикин Ю. Д., Важенин С. Ф.— В кн.: Применение титана в
промышленности. Вып. 1. М., «Цветметинформация», 1970,
с. 36—43 с ил.
13. Титан для оборудования пищевой промышленности. Киев, «Тех*
н!ка», 1973. 99 с. с ил. Авт.: С. Ф. Важенин, В. Г. Кршчек,
В. М. Максименко и др.
14. Таблицы коррозионной стойкости титана и его сплавов в агрес-
сивных промышленных средах. Справочник. М-, «Цветметинфор-
мацня», 1967. 150 с. с пл.
15. Александрова Л. Б., Слепкова А. Л. Титановое оборудование
для предприятий цветной металлургии, М., «Цвстметинформа-
ция», 1972. 130 с. с ил.
16. Конструирование и применение титанового оборудования, ра-
ботающего в агрессивных средах. М., «Цветметннформацня»,
1972.
17. Дятлова В. Н. Коррозионная стойкость металлов и сплавов. М.,
«Машиностроение», 1964. 520 с. с ил.
18. Применение титана в народном хозяйстве. М-, «Цветметинфор-
мацня», 1970.
19. Применение титана в промышленности. Вып. 1. М., «Цветмет-
информация», 1970.
20. Применение титана в промышленности. Вып. 2. М., «Цветмет-
информация», 1970.
21. Beamed D. Е., Jones Т. Е, Л4. — «Chemical and Process Enginee-
ring», 1968, v. 49, № 6, p. 10—15.
22, Cotton I. B.— «Chem. Eng. Progr.», 1970, № 10, p, 66.
23. Kay V. B. — «The use of titanium in the chemical industry In-
gniewisdlad», 1970, № 24, p. 39.
91
24. Keys I. H. — «Tile tise of titanium in the chemical industry
Austral, Chem. Engng,», 1968, ЛЬ 10, p. 9.
25. Mezza Г, —«Alcuni aspetti delTapplica/uone del titano neU’indu-
stria chemica», 1967, v. 59, № 3, p. 10,
26. Whitworth В. H. — «Metall», 1968, Bd 22, Afe 2, S. 20—25,
27. Beige N. G., Kane R. Z. — «The application of titanium for desa-
lination plants Melalls Engng. Quart.», 1967, v. 7, № 3, p. 20.
28. Beige N. G., Kane R. Z. — «Chem, Eng. Progr.», 1970, v. 66,
№ 10, p. 30—35.
29. «Chem. and Process Engng.», 1968, v. 49, № 6, p. 45—50.
30. Titanium for Chemical Engineer Seel. Columbus, 1968, 22 p.
31. Сахно К- К., Волынский В. В., Иванова-Степанова Н. Ф. При-
менение титана для оборудования целлюлозно-бумажной про-
мышленности. М., ВНИПИЭлеспрома, 1'972. 47 с. с ил.
32. Области эффективного применения титана в гальванотехнике.
М., «Цветметинформация», 1972. 46 с. с ил. Авт.: Л. В. Заха-
' рова, В. В, Волынский, С. Ф. Важенин н др.
33. Walden Е„-Dixon L. — «Metal Progress», 1953, v. 64, № 2,
p. 88-89.
34. Baiwin. №. M — «Iron Age», 1953, v. 172, № 23, p. 165—167.
35. Моисеев В. П., Лужников Л. П. — В кн.: Тиган и его сплавы.
Вып. 3. М„ Изд-во АН СССР, 1960, е. 17—22 с ил.
36. Глазунов С, Г,, Моисеев В. И,— В кн.; Конструкционные ти-
тановые сплавы. М>, «/Металлургия», 1974, с. 296—310 с ил.
37. «Am. Mach.», 1955, v. 99, № 1, р. 17—79.
38. Mays W. A., Matey G. I. — «Aircraft Production», 1958, v. 20,
Ab 2, p. 52—60.
39. Архаров Б. И., Лучкин Г. И. - ДАН СССР, 1952, т. 83, № 1,
с. 837—839 с пл.
40. Архаров Б. И., Лучкин Г. П. — «Труды Института физики ме-
таллов». Вып. 16. Свердловск, изд. УФАН СССР, 1955, с. 101—
116 с ил,
41. Wooden Е. A., Lodice Г. Р. — «Machy (N. Y,)», 1957, v. 63,
№ 11, р. 154—159.
42. Никольский Л. А. — В кн.: Обработка жаропрочных сплавов.
М„ Изд-во АН СССР, 1960, с. 98—108 с нл.
43. Лульцин Я. Л1. Взаимодействие титана с газами. М., «Метал-
лургия», 1969. 217 с. с ил.
44. Клейменов В, К., Сазонова Т. Н., Аржаков В. Л4. Ковка и го-
рячая штамповка титановых сплавов. М., ЦНИИТЭИ.тегпищс-
маш, 1971. 70 с. с ил.
45. Глазунов С. Г., Каганович И. Н„ Моисеев В. И. и др. —
«Авиационная промышленность», 1971, № 6, с. 51—53 с ил.
46. Колмогоров В. Л, Напряжения, деформации, разрушения. М.,
«Металлургия», 1970. 229 с. с ил.
47. Каганович И. И.— В кн.; Титановые сплавы для повой техни-
ки. М., Наука», 1968, е, 230—243 с ил.
48. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов. М., «Ма-
шиностроение», 1975. 285 <с. с ил. Авт.: Л. А. Никольский,
С. 3. Фиглин, В. В. Бойцов и др.
49. Bollenrath F., Damick G., Feldman И. — «Metall», 1966, Bd 20,
S 1256—1262.
50. Kann Я. — «Techn. ZbI. prakt. Metallbcarb.», 1967, Bd 61, № 6,
§ 325______330. ’
51. Sparks R. B. — «Precision Metal Molding», 1967, № 8, p. 31—33;
Ke 9, p. 82-85.
92
52. Согришин 10. Г!.. Гришин Л. Г., Тимаков В. А.— «Кузнечно-
штамповочное производство», 1972, № 8, с. 42—44 с ил.
53. Макарова Г. Г., Чечулин Б. Б., Заикин Ю. К. и др. — В кн.:
Применение титана в промышленности. Вып. 2, М, «Цветмет-
ппформация», 1971, с. 42—51 с ил.
54, Заикин Ю. К., Важенин С. Ф., Нартова Т. Т. п др. — В кн..‘
Применение титана в промышленности. Вып. J. М., «Цветмет-
информация», 1970, с. 43—50 с ил.
55. Семенов А. П. Исследование схватывания металлов при совме-
стном пластическом деформировании, М.., Изд-во АН СССР,
1953. 120 с. с ил.
56. Кузнецов В. Д. Физика твердого тела. Томск, Полиграфиздаг.
1957. 100 с. с ял.
57. Залеский В. И., Пименов А. Р.— «Кузнечно-штамповочное про-
изводство», 1968, № 11, с. 9—11 с ил.
58. Применение стеклянных защитных покрытий при штамповке
лопаток из жаропрочных сталей. Под ред. И. И, Корнеева,
И. Г. Скугарсва, М. Я. Кулешова. М., «Машиностроение», 1966.
124 с. с ил.
59. Технологический справочник по ковке и объемной штамповке.
Под ред. М. В. Сторожева. М., Машгиз, 1959. 969 С. С ил.
60. Райнхарт Дж. С., Пирсон Дж, Взрывная обработка металлов.
Пер. с англ. М., «Мир», 1966. 391 с. с ил.
61. Ecker W., Muller-Axt F.—«Wcrkstatt mid Betrieb», 1963, Bd 96,
Xs 3, S. 163—177.
62. Wick С. H. — «Mach у (N. Y.)», 1957, v. 63, № 11, p. 184—189.
63. Simons С. С, —«Light Metal Age», 1961, v. 19, № 1-2, p. 4—8.
64. Finnie T. M.— «Sheet Metal Ind.», 1962, v. 39, № 422, p. 391—
398, 416.
65. Williams T. —«Sheet Metal Ind.», 1962, v. 39, № 423, p. 487—
493, 508.
66. «CommonweJth Engr.», 1960, v. 104, № 7, p. 299.
67. «Am. Mach/Metalworking Mfg.», 1961, v. 105, Xs 6, p. 117.
68. «Metalworking Production», 1961, v. 105, № 23, p. 65—70.
6(9. «Machine and Tool Blue Book», 1961, v. 56, Ke 9, p. 139.
70. «Werkstattstechnik», 1964, v. 54, Xs 10, S. 52.
71. Согришин IO. П., Гришин Л. Г., Гурьянов Г. Г. и др, —«Куз-
нечно-штамповочное производство», 1972, № 9, с. 12—14 с йл.
72. Glanwtlle-Jones R. I, — «Inst. Metals. Sept», 1969, v. 97, p. 257—
270.
73. Согришин Ю. П., Жученко A. H. — «Металловедение и терми-
ческая обработка металлов», 1968, № II, с. 70—72 с ил.
74. Osina V. — «Strojirenstve», 1964, № 19, s. 667—673.
75. Эпштейн Г. Н., Карбышев О. А. Высокотемпературная дефор-
мация и структура металлов. М., «Металлургия», 1971. 198 с.
с ил.
76. Кайбышев О. А., Краюхин В. И., Уманский Д. С, и др. — ФММ,
1967. т. 24. вып. 3, с. 553—557 с ил.
77. Одинакова Л. П. — «Изв. АН СССР. Металлы», 1967, X? 1,
с. 134—139 с ил.
78, Книжник Г. С. — «Изв. вуз. Черная металлургия», 1966, № 1,
с. 154—160 с ил.
79. Bruun R. /. — «Electronics», 1961, v. 34, № 3, р. 30.
80. Cook Г. //. — «Sheet Metal Ind.», 1960, у. 37, Xs 396, p. 253—
258.
93
81. Высокоскоростное деформирование металлов, Пер. с англ. Под
ред. А. М. Шахназарова, М., «Машиностроение», 1966, 175 с.
с ил,
82. Кононенко В. Г., Кушнаренко С, Г., Чижов В. Г. — «Кузнечно-
штамповочное производство», 1971, JMb 7, с. 4—6 с ил.
83, Согришин Ю. 11., Кобяковский Н. Ф. - «Бюл. технико-экономи-
ческой информации», 1064, № 17, с. 25—28 с ил.
84, Ozina V. — «Knizn. Odbor a Ved. Spisu Vysok. Ucenitechn.
Brne.», 1966, As 6, s. 21—32.
85. «Metal Progress.», 1963, v. 84, № 4, p. 70.
86, «Tooling and Production», 1965, v. 30, № 4, p. 10.
87. Согриишн Ю. П., Мороз В. //., Шорохов Г. Д. и др. — «Кузнеч-
но-штамповочное производство», 1966, № 12, с. 5—9 с ил.
88. Lorant М. — «Sheet Metal Industries», 1955, v. 32, № 334, p. 96—
100.
89. Fairbrain G. L. — «J, of Metals», 1955, v. 7, № 3, p, 449—452.
90. Lusby W. E., Barron L. /., Pardo R. 1. — «Iron Age», 1956, v. 177,
№ 13, p. 68—70.
91. Fielding 1.— «Metalworking Production», 1956, v. 100, № 9,
p. 325—326.
92. Давыдов Ю. П., Покровский Г. В. Листовая штамповка титано-
вых сплавов. М., ВИНИТИ, 1958. 37 с. с нл.
93. Pilis М —«Produt. Eng.», 1956, v. 27, № 2, р. 135—139.
94. Kiehl R. A. — «Sheet Metal Industries», 1957, v. 34, Xs 359,
p. 215-223.
95. «Iron Age», 1957, v. 179, № 7, p. 130.
96. Close Ct, C. —«Light Metal Age», 1956, v. 14, № 5-6, p. 12—
13, 29.
97. Britigewald A. — «New York Univ.», 1956, № 12, p. 10.
98, Rose A. S. — «Jet Propulsion», 1955, v. 25, p. 212—216, 234.
99, Термопластическое упрочнение мартенситных сталей и титано-
вых сплавов. М., «Наука», 1971. 152 с. с ил. Авт.: М. X. Шор-
теров, К. Л. Гордиенко, .В. И. Антипов и др.
100. Вульф Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. М.,
«Металлургия», 1966. 375 с. с ил.
101. Шигарев А. С. — «Металловедение и термическая обработка
металлов», 1962, As 1, с. 42—44 с ил.
102. Титан и его сплавы. Вып. 7. М., Изд-во АН СССР, 1962.
103. Новые исследования титановых сплавов. М,, «Наука», 1965.
104. Пульцин Н. М. — ФММ, 1964, т. 18, № 2, с. 245—250 с ил.
105. Берштейн М. Л., Елагина Л. А., Фаткуллина Л. Л.— «Цветные
металлы», 1964, № 12, с. 80—83 с пл.
106. Новиков И. И., Полькин И. С., Барсуков А. Д.— В кн.: Метал-
ловедение легких сплавов. М., «Наука», 1965, с. 145—150 с ил.
107. Лерин.чан Р. М., Хвостынцев К. И„ Никаноров М. А. и др. —
ФММ, 1966, т. 22, As 4, с. 591—597 с ил.
108. Rudy J. F„ Crossley F. A., Schwartzbart /7.— «Welding J.», 1961,
v 40, As 10, p. 447—458.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие...........................................
ГЛАВА I.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТИТАНЕ И ЕГО СПЛАВАХ
1. Физические и химические свойства................. . 4
S. Классификация промышленных титановых сплавов ... 4
3. Сортамент полуфабрикатов из титановых сплавав .... 10
ГЛАВА п.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА
И ЕГО СПЛАВОВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1. Технико-экономическое обоснование применения титана . . 10
2. Применение титана в цветной металлургии.............. 14
3. Применение титана в черной металлургии............... 16
4. Титан в химии и нефтехимии........................... 17
5. Титан в целлюлозно-бумажной промышленности .... 18
6. Титан в гальванотехнике............................ 18
7. Титан в различных отраслях машиностроения.......... 18
8. Титан .в пищевой промышленности..................... 20
9. Титан в медицине .................................. 20
ГЛАВА III.
НАГРЕВ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1. Образование окалины и г аз о насыщен не поверхности при
нагреве на воздухе...................................... 22
2. Наводороживание...................................... 24
3. Нагрев и охлаждение заготовок........................ 25
4. Влияние температуры деформации на пластичность и меха-
нические свойства титановых сплавов .................... 27
5. Нагрев инструмента................................... 31
ГЛАВА IV.
СВОБОДНАЯ КОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1. Выбор способа изготовления заготовок................. 32
2. Особенности ковки. Технология и оборудование .... .33
г л А в А V.
ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА
1. Подготовка заготовок и температурный режим штамповки 37
2. Штамповка на молотах........................... 40
3. Штамповка на прессах , , . ......................... 43
4. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах .... 44
5. Смазка и схватывание ............................... 48
6. Обрезка облоя..............,..........................50
7. Очистка поверхности и удаление газонасыщенного слоя . 51
8. Материал штампов и их изготовление................... 53
95
Стр.
ГЛАВА VI.
ШТАМПОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С ВЫСОКИМИ
СКОРОСТЯМИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
1. Основные методы высокоскоростного деформирования . . 55
2. Преимущества применения для титановых сплавов высоко-
скоростного деформирования.......................... 56
3. Особенности механизма высокоскоростной деформации ти-
тана . . . . . .............. . 59
ГЛАВА VII.
ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА
1. Общие сведения о процессе, термическая обработка и уда-
ление окалины ............. ..... .................. 64
2. Материалы для изготовления штампов и смазка .... 67
3. Основные операции листовой штамповки титановых сплавов 69
глава v j п.
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 79
ГЛАВА IX.
НЕКОТОРЫЕ ДЕФЕКТЫ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ 87
Список литературы................ ; . 9)