Способ обработки изделий из титановых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1(5 О22 Г 1/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий механическую обработку, химическое травление и отжиг, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени черноты и механических свойств, отжиг проводят сначала в воздушной среде при 680-740 С в течение 60-90 мин а затем - в вакууме при 1000-1050 С в течение 2-10 мин.БО 30 60 Изобретение относится к обработкедеталей иэ титановых сплавов, прошедших механическую обработку с заданной чистотой поверхности, и подвер, гающихся в дальнейшем термическойи химико-термической обработке сцелью создания поверхностного слоя,имеющего высокие оптические и терморадиационные свойства, позволяющиеосуществлять терморегулирование через поверхность деталей.Известен способ обработки изделий из титановых сплавов, состоящийв комплексной химической обработкеи последующем термическом окислениититановых сплавов, предусматривающийтравление, а затем термическое окисление титана при 600 ОС 13.Недостатками известного способаявляются невозможность полученияравномерного, глубокого окисногослоя, не склонного к .шелушению и 20имеющего высокую степень черноты,слоя устойчивого в вакууме, обеспечивающего сохранение устойчивогосоотношения коэффициентов Аз/Е,где Аз - коэффициент поглощения 25солнечного излучения; Е - степеньчерноты.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ обработки изделийиз титановых сплавов, включающиймеханическую обработку, химическоетравление и альфирование деталейиз титановых сплавов путем чередования длительного нагрева в вакуумепри 750-950 С в слабоокислительной З 5атмосфере с периодическим развакуумированием рабочего пространства 2.Недостатками известного способаявляются сложность осуществления,значительная длительность процессаи невозможность получения поверхност 40ного слоя одновременно .с высокимикоэффициентами поглощения солнечного излучения Аь и степени черноты .Евследствие того, что заключительнойоперацией является окисление деталейиз-за отсутствия значительной переходкой зоны к основному металлу.Слой имеет высокую твердость и обладает повышенной хрупкостью, что приводит к снижению прочностных характеристик особенно при динамическихперегрузках, Терморегулирование нтермопередача через такой слой приразличных условиях эксплуатации деталей нестабильна. 55 Цель изобретения - повышение степени черноты и повышение механических свойств.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки изделий из титановых сплавов, включающему механическую обработку, химическое травление и отжиг, отжиг проводят сначала в воздушной среде при 680-740 С в течение 60-90 мин,а затем в вакууме при 1000-1050 С в течение 2-10 мин .При осуществлении предлагаемого способа при отжиге в воздушной.среде создаются условия, необходимые для образования сплошного равномерного слоя, состоящего из двуокиси титана. Это возможно лишь в интервале температур 680-740 С, когда не происходит его растрескивания и отрыва от основного металла. А на втором этапе проводится высокотемпературных вакуумный нагрев, вызывающий распределение кислорода в слое, частичное восстановление титана, при этом увеличивается суммарная толщина слоя, а с другой стороны за счет частичного восстановления двуокиси титана в высоком вакууме возрастает прочность сцепления слоя с основой, увеличивая стабильность против ис.парения в условиях повышенных температур, при частых теплосменах и одновременно исключается катастрофический рост зерна основного металла.Выбранная последовательность и температурно-временные условия обработки обеспечили формирование равномерного основного слоя, подслоя и переходного слоя с плавно снижающимся содержанием кислорода от поверхности к сердцевине, что стабилизирует оптические и теплофизические свойстваповерхностной зоны деталей.Влияние выбранной последовательности условий обработки на механические свойства сплавов основано наисключении роста зерна основного металла, порчи структуры слоя при известных температурах оксидированияна воздухе, например при 800-900 С,и при длительности выдержки выше90 мин, а также на положительном влиянии частичного рассасывания окалины в вакууме в течение кратковременной выдержки при 1000-1050 С.Исследования показали, что снижение температуры альфирования на пер-. вом этапе ниже 680 С нецелесообразно, так как приводит к уменьшению плот- ности и толщины оксидной пленки, что нежелательно из-за снижения величины коэффициента поглощения солнечного излучения. Ограничена также предельная температура кратковременного вакуумного восстановительного нагрева на втором этапе, Она не превышает 1050 С по двум причинам: вследствие роста зерна при температурах 1060- 1100 С и снижения механических свойств и вследствие прогрессирующего рассасывания слоя избыточных окислов и снижении величин оптических коэффициентов. Обработку деталей и образцов проводили на серийном термическом оборудовании, Альфирование в воздушной среде при 680- 740 С осуществляли в печах СКОЛ 1.6.2,5.1/9 М и СНО 4.6.2/10, а ва 110 Е1куумный восстановительный нагревпроводили в печах СГВ 24/15 и СШВЛ1,2,525 при предельном вакууме2 10 - Э 10мм.рт.ст,Реэультаты иэмерений оптическихсвойств на приборах ФМ, ТРМ и ме ханическнх свойств титанового сплава ВТ 1-0 после обработки по режчмамв пределах граничных и средних эначений температурно-временных условийпредлагаемого способа и нэвестногоприведены в таблице,1 Ф о к с 9 к а 9 Ф х о х 1 О О а 1 о а о 9 О н х Х Х 9 а а э 9ао с Ф х ЭХХ хц х й х доо Фос ао Э 11 О) ОС с Ой фП ин сцХ 9х хн 3х эн с х 9 9 Ц хи х Ф ОД а о с о до О о 1 л 1 с х 1 ь 1 1 Л О х1 н ц и 1 н ц Й 3 Дф Ю О Х ЦЕХ Оан ИЮО ООЮ ДЗС о х О Ю 9 а Ю О ООл 3 1 а ч 9 Р 1 н О йс,ЮО ОЦ 11 О 81 З 1 о аОл с о м 1 н И Э х х 9О а Э Ф О 4 е О3Мо ХнО1 ОЕ ЩдаООц ххоОн ЗОФн9 9Я ЯЗаказ 5841/19 .Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д,4/5Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная,4 П р и м е р 1. Обрабатывали попредлагаемому способу детали изсплава ВТ-0 из листовых заготовоктолщиной 2 мм, После механическойобработки с чистотой Рр= 30 деталитравили в течение 3 мин при 20 С в 5ванне, содержавшей 150 г/л плавиковой кислоты и 470 г/л азотной кислоты. Альфирование при 700 С в течение 60 мин проводили в печи СНОЛ1.6.2,5,1/9 с охлаждением на возду Охе. Последующий вакуумный восстановительный нагрев в,свечи СГВ 2,4/15.вели 2 мин при 1050 С в вакуумеб 10 "мм рт.ст., охлаждение с печьюдо 20 С15Альфированный слой общей глубиной 200 мкм содержал 1,4 кислорода имел микротвердость Н 50560 кгс/мм Разрушающая нагрузкапри испытаниях на растяжение была212 кгс против 154 кгс по известному, угол загиба до образования трещин был 110 град. против 70 град,по известному. Оптические коэффициенты, измеренные на приборах ФМ,ФМ, ТРМ, были Аз = 0,66, Е = 0,48против Ав = 40, Е = 0,12 по известному. Соотношение коэффициентов каки нх абсолютные значения повысилисьчто позволило осуществлять пассивноетерморегулирование в узлах с .большей З 0эффективностью,В процессе испытания предлагаемого способа было установлено, что .двухкратное .повторение альфированияи последующего вакуумного нагреваприводит к увеличению степени черноты поверхностного слоя на сплавахВТ 1-0, ВТна 0,16-0,20 и позволяет .увеличить соотношение оптическихкоэффициентов Аз/Е на 10-20. Это 40дополнительно улучшает условия терморегулирования при применении титановых сплавов в,различных конструкциях.П р и м е р 2, Экраны тепловые из сплава ВТ(лист 3 мм) после фрезерованпя, гибки и травления альфировали при 740 С 90 мин в печи СНО 4.5,2/10, с охлаждением на воздухе, а затем подвергали вакуумному восстановительному нагреву в печи СШВЛ 1.2.5/25 при 1000 С в течение 10 мин в вакууме 2 10 мм рт,ст. После полного цикла обработки на экранах был сформирован слой глубиной 0,62 мм, микротвердостью 450 780 кгс/мм . Поверхность имела коэффициент поглощения солнечной рациации Аз = 0,71 и степень черноты Е=0,49 на 40 выше, чем при обработке по известному способу, что позволило конструктивно облегчить узел терморегулирования по весу в 1,2 раза, Прочностные характеристики выросли на 30 по сравнению с изделиями, обработанными известным способом.Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ, осуществимый на серийном оборудовании без дополнительных затрат на материалы и оборудование, позволил качественно повысить оптические свойства титановых сплавов, изменить соотношение оптических коэффициентов, недостижимое ранее без нанесения дополнительных, менее стойких к тепловому воздействию эмалей. Одновременно он позволил на 30-40 повысить прочность и в 1,4-1,5 раза повысить пластичность при изгибе альфированных титановых изделий, применяемых в специальных конструктивных узлах.