Способ обработки заготовок из титановых сплавов

(51)5 В 23 В 1/00 ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРФ 514662, кл. В 23 В 1/00, 1976.(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ(57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использоваИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при токарной обработке, сверлении, фреэеровании, строгании титановых сплавов с применением обратимого легирования водородом.Целью изобретения является снижение трудоемкости, увеличение стойкости инструмента при механической обработке а+Р -титановых сплавов за счет обеспечения равномерного распределения водорода по сечению заготовки.На фиг. 1 приведены зависимости износа резца по задней грани от времени его работы при точении исходной заготовки сплава ВТ 8 и заготовок того же сплава, наводороженных до концентраций: 0,004 мас. (исх) - кривая 1, 0,1 мась - кривая 2;0,2 мас.7 б - кривая 3; 0,3 мас.оь - кривая 4;, 50 1703259 А 1 но при обработке титановых сплавов с применением обратимого легирования водородом. Цель изобретения - снижение трудоемкости, увеличение стойкости инструмента за счет обеспечения равномерного распределения водорода по сечению заготовки. Наводораживание осуществляют в среде газообразного водорода при 750150 С до концентрации 0,2-0,8 мас,%. Обезводораживание детали осуществляют после ее механической обработки путем вакуумногоо отжи га и ри темпе патчпе 750+50 С и давлении не более 10 мм рт,ст. 5 табл., 3 ил. 0,5 мас, - кривая 5; 0,7 мас. - кривая б; (с) 0,9 мас,обб - кривая 7(скорость резания 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина резания Щ 1,0 см); на фиг, 2 - зависимость стойкости с) инструмента от содержания водорода в исследуемых заготовках: скорость резания 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина реза. )а ния 1,0 мм; йз = 0,3 мм); на фиг, 3 - схема а распределения водорода по глубине заготовки после злектролитического наводороживания= 1 - 5 А/дм; т = 0,5 ч) по2,известному способу.П р и м е р. Перед механической обработкой заготовку из сплава ВТ 8 диаметром 40 мм, длиной 150 мм помещают в установ ку для наводороживания, нагревают до 800 С и насыщают водородом до концентраций 0,1-0,9 мас. Оь. Среднее содержание водорода контролируют по привесу заготовки, а5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 распределение водорода по сечению заготовки - с помощью спектрального анализа.В табл. 1 приведены данные стойкости инструмента из ВК 60 М при точении сплава ВТ 8 с разный содержанием водорода (У=100 м/мин; т = 1,0 мм; Я =- 0,2 мм/об.Температурный диапазон наводороживаемого отжига выбран из следующих соображений, При температурах ниже 700 С возможно выделение гидридов, которые хотя и охрупчивают материал, но могут привести к повышению его твердости, что ухудшает обрабатываемость резанием. Кроме того, при температурах ниже 700 С уменьшается коэффициент диффузии водорода и, следовательно, возрастает время выдержки, необходимое для равномерного распределения водорода по сечению заготовки, до значений, которые на производстве не могут иметь практического использования. В табл. 2 приведены данные продолжительности наводороживающего отжигэ, необходимого для равномерного распределения водорода по сечению заготовки диаметром 40 мм, в зависимости от температуры отжига для сплава ВТ 8.При температурах выше 800 С и роисходит сильный рост зерна. Например, при наводороживанию при 800 + 5 С средний размер зерна составляет 140 мкм, при 850 С средний размер зерна 350 мкм. Поэтому отжиг при температурах выше 800 С нежелателен, так как он сопровождается необратимыми изменениями структуры и существенным снижением характеристик прочности и пластичности.Наиболее оптимальным является диапазон температур 750 +50 С, при котором гарантируется сквозное наводороживание заготовки при практически равномерном распределении водорода.Время выдержки заготовки диаметром 400 мм из сплава ВТ 8 при наводороживающем отжиге составляет 8 ч, после чего заготовку охлаждают до комнатной температуры со скоростью охлаждения менее 5 С/мин (охлаждение с печью), Более высокие скорости охлаждения приводят к образованию мэртенсита, что сопровождается увеличением твердости заготовки и отрицательно влияет на стойкость инструмента.В табл. 3 приведены данные стойкости инструмента иэ ВК 60 М при точении заготовки сплава ВТ 8 с содержанием водорода 0,7 мас.%, охлажденной после наводороживающего отжига при 800 С с различной скоростью охлаждения,Далее проводят механическую обработку по режимам: скорость резания 100 м/мин (ненаводороженный материал обрабатывают при скоростях 30 - 40 м/мин); подача 0,2 мм/об; глубина резания 1,0 мм. Точение сплава ВТ 8 осуществляют режущими неперетачиваемыми пластинами ВК 60 М. Износ инструмента измеряют по задней грани на инструментальном микроскопе УИМ.В качестве критериев обрэбатываемости резанием выбран износ по задней поверхности резца и стойкость инструмента.Износостойкость инструмента определяегся содержанием водорода в исследуемых заготовках. Так, из данных, приведенных на фиг. 1 и 2 и в табл. 1, видно, что,начиная с концентрации 0,2 мас.%, происходит значительное улучшение обрабатываемости резанием, так как наблюдается уменьшение износа резца и увеличение времени его работы до заданного износа. Благоприятное влияние водорода на обрабатывэемость резанием титановых сплавов связано с охрупчиванием материала и снижением его твердости в присутствии водорода.Введение водорода в концентрациях менее 0,2 мас,% и более 0,8 мас,оне приводит к желаемому результату, сопровождается резким износом резца и уменьшением стойкости инструмента, Так, при концентрациях ниже 0,2 мас,% и выше 0,8 мас,стойкость инструмента (т,е, время его работы) составляет менее 2 мин. Наибольшая стойкость инструмента наблюдается при точении заготовки с содержанием водорода 0,6-0,8 мас.,(при этом время работы резца до заданного износа увеличивается до 15 мин, т,е. почти в 7 - 8 раз по сравнению с исходной заготовкой,После механической обработки необходим вакуумный отжиг готовых деталей для восстановления требуемых механических и эксплуатационных свойств. Вакуумный отжиг проворят при 750 +50 С и давлении не более 10 мм рт.стчто обуславливает более полное удаление водорода. Продолжительность этой стадии определяется параметрами заготовки и количеством удаляемого водорода.Давление в вакуумной печи 10 мм.рт.ст, обеспечивается существующими промышленными диффузионными насосами при использовании их беэ охлаждения жидким азотом,Температура вакуумного отжига должна быть достаточно высокой для удаления водорода из металла. В то же время она не должна быть слишком высока, поскольку при температурах выше 800-850 С начина 1703259ется интенсивное испарение легирующих элементов из поверхностного слоя металла, вакуумное растравливание поверхности, сильный рост зерна, что сопровождается ухудшением механических и эксплуатационных свойств.Нижний интервал температур вакуумного отжига лимитируется длительностью процесса обезводороживания, так как при температурах ниже 700 С коэффициент диффузии водорода резко уменьшается, а длительность вакуумного отжига возрастает (табл.5), что не всегда приемлемо в производстве,Вакуумный отжиг приводит также к снятию остаточных напряжений, возникающих в процессе механической обработки,В табл. 4 приведены сравнительные данные по наводороживанию и механической обработке титановых сплавов (обрабатываемый материал ВТ 8; скорость резания 100 м/мин; подача 0,2 мм/об; глубина 1,0 мм) в соответствии с известным и предлагаемым способами.Из данных табл. 4 видно,что для того, чтобы снять слой глубиной 1 О мм по известному способу необходимо 75 ч, а по предлагаемому - 15 ч.В табл, 5 приведены данные длител ьности вакуумного отжига при разных температурах заготовок ВТ 8.Кроме того, в результате электролитического наводороживания титановых сплавов происходит неравномерное распределение водорода по сечению заготовки в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3, На поверхности заготовки содержание водорода может превышать 0,8 мас. , т.е, образуется слой с повышенной твердостью. По мере удаления от поверхности содержание водорода уменьшается и на расстоянии 0,05 - 0,1 мм приближается к исходным значениям, равным 0,004 мас.6. Таким образом, слой с содержанием водорода 0,2 - 0,8 мас., при котором наблюдается улучше ние обрабатываемости резанием, значительно меньше глубины ре-ания, и следовательно, для титановых сплавов механическая обработка с применением электролитического наводороживания не 10 эффективна.Таким образом, использование предлагаемого способа в сравнении с известным повышает эффективность наводороживания, увеличивает стойкость инструмента в 15 2-8 раз, расширяет диапазон использования способа, улучшает условия труда, а также обеспечивается экологическая чистота технологического процесса. 20 Формула изобретенияСпособ обработки заготовок из титановых сплавов, при котором осуществляют предварительное наводороживание заготовки, ее механическую обработку, после 25 чего проводят обезводороживание заготовки, отл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью снижения трудоемкости, увеличения стойкости инструмента при механической обработке а+Р -титановых сплавов, путем 30 обеспечения равномерного распределенияводорода по сечению заготовки, наводороживание осуществляют в среде газообразного водорода при температуре 750 + 50 С до концентрации 0.2 - 0,8 мас. О ,а обезводо роживание детали после ее механическойобработки ведут путем вакуумного отжига при температуре 750 ф.50 С и давлении не более 10 мм рт.ст.Таблица 11703259 Таблица 2Таблица,ЗТаблица 4 в Врвив нагрева в оллвкдвннв.Таблица 5редельно допустимая концентрация водорода 0,14 - 0,02 мас.ЦФ дб ОЮ ЖаЬроаЬ, % ла юг ЮЬг Г1703259 Р,ОЮ 01ссгпояное оп подерхнасщц,миФЬг 5 актор И, Дербак Заказ 19 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 ь06 оь ф Составитель М, ЛопацинскийТехред М.Моргентал Корректор О. Ципле