Способ обработки изделий из титановых сплавов

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий механическую обработку, химическое травление и отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения степени черноты и механических свойств, отжиг проводят сначала и воздушной среде при 680-740°С в течение 60-90 мин, а затем - в вакууме при 1000-1050 С в течение 2-10 мин.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 С 2 2 F 1/18!

Q)р у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р%

°

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (2l) 3605295/22-02 (22) 16. 06, 83 (46) 15.08.84. Бюл. М 30 (72) А.Н.Тарасов, Ю.М.Горбачев, Н.В.Згонников, Е.К.Шевченко и А.Г.Фетисов (53) 621.785 ° 79 (088 ° 8) (56) 1.Теплофиэические свойства авиационных материалов, ч. й, Степень черноты материалов и покрытий, ВИАМ, ОНТИ, 1966, с. 46-49.

2.Авторское свидетельство СССР

М 905324, кл, С 23 С 11/14, 1981.

„„SU„„1108131 А (54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий механическую обработку, химическое травление и отжиг, о т л и ч а ю шийся тем, что, с делью 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.

1108131!

30

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, 60

Изобретение относится к обработке деталей иэ титановых сплавов, прошедших механическую обработку с задан ной чистотой поверхности, и подвер, гающихся в дальнейшем термической и химико-термической обработке с целью создания поверхностного слоя, имеющего высокие оптические и терморадиационные свойства, позволяющие осуществлять терморегулирование через поверхность деталей.

Известен способ обработки изделий из титановых сплавов, состоящий в комплексной химической обработке и последующем термическом окислении титановых сплавов, предусматривающий травление, а затем термическое окисление титана при 600ОC (1).

Недостатками известного способа являются невозможность получения равномерного, глубокого окисного слоя, не склонного к .шелушению и 20 имеющего высокую степень черноты, слоя устойчивого в вакууме, обеспечивающего сохранение устойчивого соотношения коэффициентов As/B, где As — коэффициент поглощения 25 солнечного излучения; L — степень черноты.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки изделий из титановых сплавов, включающий механическую обработку, химическое травление и альфирование деталей из титановых сплавов путем чередования длительного нагрева в вакууме при 750-950 С в слабоокислительной З5 атмосфере с периодическим развакуумированием рабочего пространства (2).

Недостатками известного способа являются сложность осуществления, значительная длительность процесса и невозможность получения поверхност40 ного слоя одновременно с высокими коэффициентами поглощения солнечного излучения As и степени черноты .Е вследствие того, что заключительной операцией является окисление деталей 45 из-за отсутствия значительной переходкой зоны к основному металлу.

Слой имеет высокую твердость и обладает повышенной хрупкостью, что приводит к снижению прочностных характеристик особенно при динамических перегрузках. Терморегулирование и термопередача через такой слой при различных условиях эксплуатации деталей нестабильна. 55 а затем в вакууме при 1000-1050 С в течение 2-l0 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. A 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 свойства поверхностной зоны деталей.

Влияние выбранной последовательности условий обработки на механические свойства сплавов основано на исключении роста зерна основного металла, порчи структуры слоя при известных температурах оксидирования на воздухе, например при 800-900 С, и при длительности выдержки выше

90 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 плотности 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 10601100 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 680740 С осуществляли в печах СНОЛ

1.6.2,5.1./9N и СНО 4.6.2/10, а ва110Е З1 куумный восстановительный нагрев проводили в печах СГВ 2 ° 4/15 и СШВЛ

1.2,5/25 при предельном вакууме

2 10 - Э 10 мм.рт.ст, Реэультаты иэмереиий оптических свойств на приборах ФМ-85, ТРМ и ме- 5 ханическнх свойств титанового сплава ВТ1-0 после обработки по режчмам в пределах граничных и средних эначений температурно-временных условий предлагаемого способа и нэвестного приведены в таблице.

3 1

I ° 1 ! ф 1

I t 0< 1

<

333 1 t !.< 1 о — — е

С3 о

333

И 1 „

Ф 1 I х i 1

Х t 1

O 1 1

Ф 1 1

Х 3 «< 1

Х I O

«3 I 4 х I X

Ф 1

Ю Ф л с

Э х х

Э

О\

Э

0, 1-< 3 с

< 1

< Ч с3 с

<ч

О 3 с

< Ч л о с о л о с

Гч

<< 3

in с о м

Ю с м

О<

D с

<О

«О

О \ м

<О о а

D

<О

D л

Э х

Э м х

o a

Ф Ж х е х е

Н <3 д о о ы

I ! !

1 «.3

I

1—

01 с3 с

О<

<ч с

D сч л с о л

СЧ с

СО <3 с

< и с о

I 1

I 1

I « < 1

I < I

I

1 а.

Г4

<О с о о 3 с

<О м с о м

<п с

С3 о

3 с о

<О О с о

«3

3 с3 с Э

Ф о<ч

3." с ио

<Ч с

M с <3

<О с

<ч

3 с л

1 н

9 и к с <33 и 0

333 1 о о

Р<

1 о

1-<

О,и

9 O н х х х

Ф а а Ф

go с 9 х

<0 Х Х х и

33!

3 <О

Х с

0о

9 «

13) рс с О

<О

П! «,,< н (у

И с

Х

B 3

Э н с

Э

333 Э

O 3d

0 И с и î

-4

1 с х

1 ь

1 34

1 03 о

<33

Е х "эь

>а >В

Ц х

07

О dt

t3t с

-х с с

1У с х g

I Х ь

X ü

Х о

<О 33\

:Эь

И х о

И о о л

Ch с сЦ

0о о о оо

<30 О я) л

in

< с с U

V0 о о

О 3Ч о

3 Л

lj с и х о х о Я

1 9 ! t3<

1

1 —— о

И о

3- <Ч ! !

1 н и и

I н о

3

Д ф

Ю

О1 Х и Эх оан

ХО О

ИОО

<33

L и х

1.< о

О

Э

О<

lO D

О 3 оI

0,+

Э Ч0 н

D <3:X

v ou

3 3-<

»octa> о а

0< <

° -4 с о

< <

М

Э х х

333 о

Э

Э

e о

1 м ° о х н о

1 О -< ф

33! а оо

v x хи о н и оэ н

p) 3<3

1108131

Составитель A.Çåíöoâ

Редактор Л.Авраменко Техред С. Мигунова Корректор А. Ильин

Заказ 5841/19 .Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035., Москва, Ж-.35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4

Пример 1. Обрабатывали по предлагаемому способу детали из сплава ВТ-1-0 из листовых заготовок толщиной 2 мм. После механической обработки с чистотой Rz- =30 детали травили в течение 3 мин при 20 С в 5 ванне, содержавшей 150 г/л плавиковой кислоты и 470 г/л азотной кислоты. Альфирование при 700 С в течение 60 мин проводили в печи CHOJ1

1.6.2,5.1/9 с охлаждением на возду- 10 хе. Последующий вакуумный восстановительный нагрев в, нечи СГВ 2.4/15вели 2 мин при 1050 С в вакууме б 10 "мм рт.ст., охлаждение с печью до 20аС.

Альфированный слой общей глубиной 200 мкм содержал 1,4Ъ кислороимел микротвердость .. Н s> =

560 кгс/мм Разрушающая нагрузка при испытаниях на растяжение была 212 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-59, ФМ 85, ТРМ, были As = 0,66, Е = 0,48 против As = 40, Е = 0,12 по известному. Соотношение коэффициентов как и нх абсолютные значения повысились что позволило осуществлять пассивное терморегулирование в узлах с .большей З0 эффективностью.

В процессе испытания предлагаемого способа было установлено, что двухкратное .повторение альфирования и последующего вакуумного нагрева приводит к увеличению степени черноты поверхностного слоя на сплавах

ВТ1-0, ВТ-3 на 0,16-0,20 и позволяет .увеличить соотношение оптических коэффициентов As/Е на 10-20%. Это 40 дополнительно улучшает условия терморегулирования при применении титановых сплавов в,различных конструкциях.

Пример 2. Экраны тепловые из сплава BT-3 (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 As = 0,71 и степень черноты

Е=0,49 на 40Ъ выше, чем при обработке по известному способу, что позволило конструктивно облегчить узел терморегулирования по весу в

1,2 раза. Прочностные характеристики выросли на ЗОЪ 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.