Способ обработки изделий из титановых сплавов

72) Авторы изобретени С. Воробье в, О. А а ус эчвитель ОСОБ ОБРАБОТКИ И ЫХ СПЛАВОВ ью 11 ве и прак что в протиому заерхиостей,Изобретение относится к металлургий, в частности к химико-термической обработке металлов, а именно к способам диффузионного насыщения различными элементами титановых сплавов для повышения износостойкости, для использования их в качестве прятиров для полиро вания и доводки прецизионных деталей из различных металлов.Известен способ химико-термической обработки титановых сплавов - цементация, направленный на получение износостойких поверхностей, в насыщающих средах с образованием цементированных слоев глубиной до 140-183 мкм и микротвердостью Нуо1200-2400 кгс/см,% которые обладают слишком высокой тверОднако слои в то же время хрупкие, склонны к шелушению чески не удерживают смазки, цессе притирки приводит к ме клиниванию и схватыванию по Наиболее близким к предлагаемомутехническими решением является способвакуумного альфирования титановых сплавов при 840-870 фС в течение 3-5 ч,причем в течение первых 3/4-4/5 общего времени выдержки процесс ведут приостаточном давлении 0,2-10 мм рт, ст,в атмосфере паров смеси, содержащей80-85 вес.% триэтаноламина и 1520 вес.% 30%-ного водного раствораацетат аммония при ее расходе 1530 см /ч, Охлаждение после альфирования осуществляется на воздухе, Способобеспечивает попучение диффузионныхслоев на конструкционных деталях глубиной до 70-75 мкм с микротвердостьюН =700-890 кгс/мм 21 .БООднако данный способ не применяетсядля обработкя притиров, так как не обеспечивает достаточную износостойкость и 1 Овысокое качество обрабатываемых изделий. Это связано с тем, что при альфировании по такому способу слой достаточно .однороден и плотен, что ведет к момен 3 0053 тальному схватыванию поверхностей и невозможности дальнейшей притирки поверхностей;Цель изобретения - повышение износостойкости и улучшение чистоты обрабатываемой поверхности.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обработки титановых сплавов, включающем вакуумное ельфирование смеси триэтаноламина и 1 водного раствора ацетата аммония с последующим охлаждением, альфирование ведут при 750-950 С 12-18 ч при расходе смеси 40-80 см /ч, причем черезЬкаждые 1,5-2,5 ч на 2-5 мин рабочее 1 пространство печи развакуумируют и прекращают подачу смеси, а после альфирования осушествляют охлаждение и доводку обрабатываемой поверхности абразивными пастами. гоДлительная выдержка при относительно высоком кислородном потенциале атмосферы с кратковременным дополнительным его повышением в периоды раэвакуумирования ведут с одной стороны к уве- г 5 личению степени насыщения кислородом и незначительно углеродом и азотом, обеспечивающих получение оптимальной микротвердости, а с другой стороныак возникновению межкристаллической ЗО микропористостн в слое в Чвязи с образованием пересыщенного твердого раствора кислорода, образующего металлическую матрицу меньшей плотности, чем основной металл, что обеспечивает надежное удержание смазки и абразива при притирке и соответственно повышает скорость, степень абразивного воздействия и качество обрабатываемой поверхности. Кроме того, укаэанные условия вльфировения приводят к образованию по границам зе рен неравномерных тончайших просЛоек, насьпценных кислородом, углеродом и азотом, титана, являющихся микроебрезивными частицами, участвующих в полировании, что повышает на 1-2 класса чистоту притираемых поверхностей. Этому же способствует и доводка рабочей поверхности притиров после альфирования, в результате которой устраняются поверхностные микронеровности, вызванные частичным окислением.Таким образом, образующаяся ари об- работке предложенным способомпористостолбчатая структура, аномальная, недо пустимая при альфировании конструкцион 24ных деталей,:ообщает титановым спла вам свойства, позволяющие использоватьих в новом качестве - высокоэффективныхпритиров для тонкой дрводки.Способ испытывают при изготовлениицилиндрических гладких и секторных при-,тиров из сплавов ВТЧ 4, ВТЗ, ОТ 4, ОТ 4-1.,использованных для доводки измерительно-го инструмента из сталей ШХ 15, ХВГ,9 ХС, деталей приборов и автоматики изсталей 1 Х 742, Х 1 Х 6 Н 6, 9 Х 18, 2 Х 13и сплавов Д 16, БРАЖМЦ, БРХО 8. После предварительного отжига в заготовкахпри 700-750 С в течение 1-4 ч прнтнОры механически обрабатывают и шлифуютрабочие поверхности с получением чистоты )8. Перед ельфировением проводятобеэжириваниэ и сушку. В качестве окисляющей углеродазотсодержащей среды используют смесь 80-85 вес.% триэтаноламина и 15-20 вес,% 30%-ного водногораствора ацетата аммония. Приготов;:ениесмеси осуществляют путем введения раствора ацетата аммония в триэтаноламин,Альфирование проводят в шахтных вакуумных печах Ш 20 ВНД, Ш 20 ВН с горячейретортой, снабженных вакуумными механическими насосами ВМ 461, ВНГ исистемой подачи смеси с регулированиемрасхода от 5 до 100 см;ч и воэможностью перекрытия. Процесс ведут при 7501950 С, при этом в период прогреве при 3тиров в печи создают вакуум 21 СГ 8 10" мм рт. ст., который при подачесмеси снижается до 0,2-50 мм рт, ст,Доводку иритиров после альфирования иобработку деталей осуществляют алмазными и корундовыми пастами с микроннойи супермикронной фракциями абразивов,например АСМ 1/О, САМ 2/1, 24 АМЗи др, (зерно 3-0,5 мкм).Анализ глубины, микротвердости,структуры слоя проводят непосредственнона каждом притире на срезе по образующей цилиндра. Количество кислорода,азота, углерода определяют на одновременно обрабатываемых специальных об:уаэцах, для спектрального и послойногохимическогоанализа. Испытание на износостойкость проводят на специельнйхприспособлениях с применением указанныхабразивных паст при усилиях 5-15 кг.Сравнительные результаты обработки притиров из некоторых сплавов по предложен-.ному и известному способам приведены втаблице,7 9053П р и м е р 1. Обрабатывают цилиндрические притиры Ф 40 мм и высотой 18мм иэ сплава ВТ 14. В печьШ 20 ВНЦ, разогретую до 850 С, помеща ют партию притиров и после ввкуумирова ния в реторту подают окислительиую смесь, содержающую 85 вес,% тривтвиоламина и 15 вес.% ацетата аммония в ко личестве 40 см /ч, при этом остаточное давление в печи составляет 0,2 мм рт. ст.1 Е выдержку осуществляют 18 ч, причем через каждые 2,5 ч нв 5 мин прекращают подачу смеси и размкуумируют рабочее пространство печи, Охлаждение притиров по окончании нроцессв производят 15 на воздухе. После альфиромния осуществляют доводку рабочих поверхностей притиров на глубину 10-15 мкм с применением абразива 24 АМЗ. На поверхности притиров образовывается равномерный 20 альфированный слой глубиной 300- 320 мкм с микротвердостью Н 50=1145 кгс/мм против 60-72 мкм и 710-798 кгс/мм при обработке из25 вестным способом альфиромния. Притиры применяют для доводки губок штангенциркулей из стапи ШХ 15 (НР 1 С = 62- 63) с использованием белого электрокорунда 24 АМЗ. При этом чистота поЗО верхности губок составляег 13-14 класс против 9-10 класса при обрвоотке притиром иэ чугуна СЧ 18-"6. Притиры хорошо удерживают смазку и имеют повышенную работоспособность. Геометрия притиров (параллельность рабочих поверх- З 5 ностей) сохраняется 740 мин против 500 мин у чугунного притирв, длительность доводки но сравнению с последним сокращается на 15-20%, В то же время притир, обработанный по известному спо В собу, не удерживает смазку и абразив, ,приводит к моментальному схватыванию притираемых поверхностей у всех мать- риалов с любым абразивом, особенно МЗ, М 5.45 1П р и м е р 2, Обрабатывают цилиндрические притиры ф 50 мм с отверстием по оси ф 14 мм я высотой 30 мм из сплава ОТ 4-1, Альфирование вели при 830 С и остаточном давлении 25 мм6 рт. ст. подавая в печь 80 смф/ч смеси, содержащей 80 вес.% гриэтвноламина и 20 вес.% вцетвтв аммония, Выдержку осуществляют в течение 12 ч, Разввкуумироввние рабочего просгранства печи с одновременным прекращением подачи ,смеси иа 5 мин осущесгвляют через каждые 1,5 ч выдержки. После охлвж 24 8дения нв воздухе притиры подвергаютдоводке на глубину 6-8 мкм с применением пасты 24 АМЗ, так что чистотарабочей части притира была 10 класса.В результате химико-термической обработки на поверхности обрвзовываетсядиффузионный слой глубиной 220 мкм имикротвердостью Нр= 1080-1120 кгс/ммСлой имеет характерную пористую структуру с содержанием кислорода в нем3,4%, углерода 0,18%, азота 0,72%, вто время как при вльфировании известнымспособом слой имеет глубину 85 мкм имикротвердость Н р 0=836-847 кгс/ммс содержанием 1/7% 0, 0,04% С и0,11% И . При обработке опорных поверхностей штока клапана из стали Х 16 Н 6(Н к, С=37-42) чистота" поверхности деталей составила 12 класс против 10класса при обработке чугунным притиром,а притир альфированный по известномуспособу, схватывался с обрабатываемымматериалом через 1,5-2 мин работы идалее был неработоспособен. Срок службы притира составил 4320 мин против1670 мин у чугунного притира из СЧ 1532 и против 2130 мин у чугунного притира, подвергнутого силицированию при1090 С 2 ч. Практически отсутствовалисколы и царапины на рабочей поверхностив то время как силнцированный чугунныйпритир имел сколы слоя и царапины на18-20% рабочей поверхности. Поверхностьимела высокую отражательную (глянцевую)способность против матово-серой при обработке чугунным притиром. Было исключено повторное притирание.П р и м е р 3 Обрабатывают комп;лект притиров ф 32 мм и высотой 15 ммиз сплава ВТ 4 для тонкой доводки твер;досплавных измерительных губок микрометров иэ сплавов ВК 8, ВК 6. Альфирование ведут при 7800 С и остаточном давлении 50 мм рт. ст., подавая в печь65 см /ч смеси, содержащей 85 вес,%триэтвноламина и 15 вес.% ацетата аммония. Выдержку осуществляют в гечение16 ч с периодическим прекращением подачи смеси и развакуумиромнием печина 3 мин через каждые 2 ч вльфироввния Доводку рабочих поверхностей притиров осуществляли с применением алмазной пасты АСМ 2/1 на глубину 5-7 мкмс получением 10 класса чисготы,В результате обработки на поверхностипритиров образовывается диффузионныйслой глубиной 280 мкм и микротвердо-.,стью 1157 кгс/мм с содержанием324 9 905 4,7% О, О,62% М и 0,21% С, в то время как при ыьфиромнни нзвестным скь. собом слой имеет глубину 8 мкм и микротвердость 790 кгс/мм с содержанием 0,43% О, 0,17% и 0,09% С, 3 При доводке губок микрометров с иснользованием пасты АСИ 2/1 эа один проход комплектом притиров достигается зеркальная поверхность с чистотой 14 класс. В то же время при использовании притиров О иэ борированного чугуна с поверхностной микротвердостью НО=1520 кгс/ммзеркальной поверхности получить не удалось, степень чистоты на 3 класса ниже, Наличие рисок на губках ведет к неоднократной доводке, производительность притирки снижается в 2,5 реза. Срок службы нритира составляет 3810 мин против 2140 мии у борированного чугунного притнра. Йритиры же, альфированные по гО известному способу, были не работоснособны, так как смазки не удерживают и приводят к надирам на рабочей части, ,схватыванию сразу же после начала притирю;. гх 1Предложенный способ позволяет ис,пользовать титановые сплавы в новом качестве - притиров, причем повысьгьг нк износостойкость по сравнению с наиболее широко применяемыми чугунными ЗО прнтнрами в 1,5-2 раза, чистоту поверхностей обрабатываемых деталей на 2-3 10класса решить задачу получения эеркаль ных поверхностей на прецизионных деталях с использованием мелкофракпионных абразивов. формула изобретения Способ обработки изделий из титановых сплавов, преимущественно притиров,включающий вакуумное альфирование всмеси триэтаноламина и водного раствора апетата аммония с последующим охлаждением, о т л и ч а ю щ и й с атем, что, с пелью повышения износостоВкости и улучшения чистоты обрабатываемой поверхности, альфированпе производят при.750-950 ОС 2-18 ч нри расходе смеси 40-80 смерч, причем через,каждые 1,5-2,5 ч на 2-5 мин рабочеепространство печи развакуумируют ипрекращают подачу смеси, а после альфи.рования осуществляют охлаждение и доводку обрабатываемой поверхности образивными пастами,Источники информации,принятые во внимание,при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЖ 309070, кл. С 23 С 11/10, 1971.2. Авторское свидетельство СССРпо заивке % 2818779/02,кл. С 23 С 11/14, 1979.,Редактор В, Бобков Техред Ж.Кастепевич Корректор М.ПожоЗаказ 296/40 Тираж 1048 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4