Способ обработки изделий из титановых сплавов

 

(22) Авторы изобретения

А. Н. Тарасов, О. А. Белоус и В. С. Воробьев ! (71} Зэчвитель г (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургий, в частности к химико-термической обра3 ботке металлов, а именно к способам диффузионного насыщения различными элементами титановых сплавов для повышения износостойкости, для использования их в качестве прятиров, для полирования 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 Ну 7 1200-2400 кгс/см, % которые обладают слишком высокой твердостью jl3 .

Однако слои s то же время весьма хрупкие, склонны к шелушению и практически не удерживают смазки, что в процессе притирки приводит к местному заклиниванию и схватыванию поверхностей, Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ вакуумного альфирования титановых сплавов при 840-870ОС в течение 3-5 ч, причем в течение первых 3/4-4/5 общего времени выдержки процесс ведут при остаточном давлении 0,2-10 мм рт, ст. в атмосфере паров смеси, содержащей

80-85 вес.% триэтаноламина и 1520 sec.% 30%-ного водного раствора ацетата аммония при ее расходе 1530 см /ч. Охлаждение после альфирования осуществляется на воздухе. Способ обеспечивает получение диффузионных слоев на конструкционных деталях глуби1$" ной до 70-75 мкм с микротвердостью

Н р700-890 кгс/мм (2 .

Однако данный способ не применяется для обработкя притиров, так как не обеспечивает достаточную износостойкость и зо высокое качество обрабатываемых изделий. Это связано с тем, что при альфировании по такому способу слой достаточнооднородеи и плотен, что ведет к момен3 0053 тальному схватыванию поверхностей и невозможности дальнейшей притирки поверхностей.

llem» 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 1Ф" водного раствора ацетата аммония с последующим охлаждением, альфирование ведут при 750-950 С 12-18 ч при расходе смеси 40-80 см /ч, причем через

Ь каждые 1,5-2,5 ч на 2-5 мин рабочее l5 пространство печи развакуумируют и прекращают подачу смеси, а после альфирования осуществляют охлаждение и доводку обрабатываемой поверхности абразивными пастами. 20

Длительная выдержка при относитель но высоком кислородном потенциале ат мосферы с кратковременным дополнительным его повышением в периоды раэвакуумирования ведут с одной стороны к уве- 25 личению степени насыщения кислородом и незначительно углеродом и азотом, обеспечивающих получение оптимальной микротвердости, а с другой сторонык возникновению межкристаллической З0 микропористостн в слое в связи 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 альфирования приводят к образованию по границам зе» рен неравномерных тончайших просЛоек, насьпценных кислородом, углеродом и азотом, титана, являющихся микроебразивными 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 при об- работке предложенным способомпористостолбчатая структура, аномальная, недо пустимая при альфировании конструкцион24 ных деталей, ообщает титановым спла вам свойства, позволяющие использовать их в новом качестве - высокоэффективных притиров для тонкой доводки.

Способ испытывают при изготовлении цилиндрических гладких и секторных при- . тиров из сплавов ВТЧ4, ВТЗ, ОТ4, ОТ4 использованных для доводки измерительно- го инструмента из сталей ШХ15, ХВГ, 9XC, деталей приборов и автоматики из сталей 1Х742, Х1Х6Н6, 9Х18 2Х13 и сплавов Д16, БРАЖМ11, БРХО8. После предварительного отжига в заготовках при 700-750 С в течение 1-4 ч прнтнО ры механически обрабатывают и шлифуют рабочие поверхности с получением чистоты rS. Перед ельфировением цроводят обеэжириваниэ и сушку. В качестве окисляющей углеродазотсодержащей среды используют смесь 80-85 вес.% триэтаноламина и 15-20 вес,% 30/o-ного водного раствора ацетата аммония. Приготов;:ение смеси осуществляют путем введения раствора ацетата аммония в триэтаноламин.

Альфирование проводят в шахтных вакуумных печах Ш10 ВНД, Ш20ВН с горячей ретортой, снабженных вакуумными механическими насосами ВМ461, ВН-4Г и системой подачи смеси с регулированием

1 расхода от 5 до 100см; ч .i воэможностью перекрытия. Процесс ведут при 7501

950 С, при этом в период прогреве при3 тиров в печи создают вакуум 2 1СГ—

8-10" мм рт. ст., который при подаче смеси снижается до 0,2-50 мм рт. ст.

Доводку притиров после альфирования и обработку деталей осуществляют алмазными и корундовыми пастами с микронной и супермикронной фракциями абразивов, например АСМ 1/О, САМ 2/1, 24АМ3 и др. (зерно 3-0,5 мкм).

Анализ глубины, микротвердости, структуры слоя проводят непосредственно на каждом притире на срезе по образую.щей цилиндра. Количество кислорода, азота, углерода определяют на одновре,:менно обрабатываемых специальных об:уаэцах, для спектрального и послойного химического анализа. Испытание на износостойкость проводят на специальных приспособлениях с применением указанных абразивных паст при усилиях 5-15 кг.

Сравнительные результаты обработки притиров из некоторых сплавов по предложен-. ному и известному способам приведены в таблице.

7 9053

Пример 1. Обрабатывают цилиндрические притиры Ф 40 мм и высотой

18 мм иэ сплава ВТ14. В печь Ш20ВНЦ, разогретую до 850 С, помеща» ют партию притиров и после вакуумирова - 5 ния в реторту подают окислительную смесь, содержающую 85 вес.% триэтаиоламина и 15 вес.% ацетата аммония в количестве 40 см /ч, при этом остаточное .давление в печи составляет 0,2 мм рт. ст.10 выдержку осуществляют 18 ч, причем через каждые 2,5 ч на 5 мин прекращают подачу смеси и развакуумируют рабочее пространство печи. Охлаждение притиров по окончании процесса производят 15 на воздухе. После альфирования осуществляют доводку рабочих поверхностей притиров на глубину 10-15 мкм с применением абразива 24АМЗ. На поверхности притиров образовывается равномерный 20 альфированный слой глубиной 300320 мкм с микротвердостью H=0

=1145 кгс/мм против 60-72 мкм и

710-798 кгс/мм при обработке из

25 вестным способом альфирования. Притиры применяют для доводки губок штангенциркулей из стапи ШХ15 (НР1 С = 6263) с использованием белого электрокорунда 24АМЗ. При этом чистота по30 верхности губок составляет 13-14 класс против 9-10 класса при обработке притиром иэ чугуна СЧ 18-36. Притиры хорошо удерживают смазку и имеют повышенную работоспособность. Геометрия притиров (параллельность рабочих поверх- M ностей) сохраняется 740 мин против

500 мин у чугунного притира, длительность доводки по сравнению с последним сокращается на 15-20%. В то же время притир, обработанный по известному спо- 4 собу, не удерживает смазку и абразив,, приводит к моментальному схватыванию притираемых поверхностей у всех мат<риалов с любым абразивом, особенно

МЗ, М5.

Пример 2. Обрабатывают цилиндрические притиры ф 50 мм с отверстием по оси ф 14 мм я высотой 30 мм из сплава ОТ4-1. Альфирование вели при

830 С и остаточном давлении 25 мм

$6 рт. ст. подавая в печь 80 см /ч смеси, содержащей 80 вес.% гриэганоламина и

20 вес.% ацетата аммония. Выдержку осуществляют в течение 12 ч. Развакуумирование рабочего прос.гранства печи с одновременным прекращением подачи ,смеси иа 5 мин осущес.гвляют через каждые 1,5 ч выдержки. После охлаж24

8 дения на воздухе притиры подвергают доводке на глубину 6-8 мкм с применением пасты 24АМЗ, так что чистота рабочей части притира была 10 класса.

В результате химико-термической о6работки на поверхности образовывается диффузионный слой глубиной 220 мкм и микротвердостью Н 0= 1080-1120 кгс/мм

Слой имеет характерную пористую структуру с содержанием кислорода в нем

3,4%, углерода 0,18%, азота 0,72%, в то время как при альфировании известным способом слой имеет глубину 85 мкм и микротвердость Н р =836-847 кгс/мм с содержанием 1/7% 0, 0,04% С и

0,11% И . При обработке опорных поверхностей штока клапана из стали Х16Н6 (Н k С=37-42) чистота" поверхности деталей составила 12 класс против 10 класса при обработке чугунным притиром, а притир альфированный по известному способу, схватывался с обрабатываемым материалом через 1,5-2 мин работы и далее был неработоспособен. Срок службы притира составил 4320 мин против

1670 мин у чугунного притира из СЧ 1532 и против 2130 мин у чугунного притира, подвергнутого силицированию при

1090 С 2 ч. Практически отсутствовали сколы и царапины на рабочей поверхности в то время как силнцированный чугунный притир имел сколы слоя и царапины на

18-20% рабочей поверхности. Поверхность имела высокую отражательную (глянцевую) способность против матово-серой при обработке чугунным притиром. Было исключено повторное притирание.

Пример 3. Обрабатывают комп;лект притиров ф 32 мм и высотой 15 мм из сплава В Г4 для тонкой доводки твер;досплавных измерительных губок микроI метров иэ сплавов ВК8, ВК6. Альфирование ведут при 7800С и остаточном nasленин 50 мм рт. ст., подавая в печь

65 см /ч смеси, содержащей 85 вес.% триэтаноламина и 15 вес.% ацетата аммония. Выдержку осуществляют в гечение

16 ч с периодическим прекращением подачи смеси и развакуумированием печи на 3 мин через каждые 2 ч альфирования.. Доводку рабочих поверхностей притиров осуществляли с применением алмазной пасты АСМ 2/1 на глубину 5-7 мкм с получением 10 класса чистоты.

В результате обработки на поверхности притиров образовывается диффузионный слой глубиной 280 мкм и микротвердо-., стью 1157 кгс/мм с содержанием

324

9 905

4,7% О, О,62% М и 0,21% С, в то время как при е2ЬфироВаНнИ НЗВЕСтНЫМ скс собом слой имеет глубину 8 мкм и микротвердость 790 кгс/мм с содержанием 0,43% О, 0,17% и 0,09% С.

При доводке губок микрометров с иснользованием пасты ACN2/1 эа один проход комплектом притиров достигается зеркальная поверхность с чистотой 14 класс. В то же время при использовании притиров иэ борированного чугуна с поверхностной микротвердостью Нко=1520 кгс/мм зеркальной 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 пвнтнра. Йритиры же, альфированные по 20 известному способу, были не работоснособиы, так как смазки не удерживают и приводят к надирам на рабочей части,,схватыванию сразу же после начала притирке. 25

Предложенный способ позволяет ис,пользовать титановые сплавы в новом . качестве - притиров, причем повысьгь г нк износостойкость по сравнению с наиболее широко применяемыми чугунными нрнтнрами в 1,5-2 раза, чистоту поверх ностей обрабатываемых деталей на 2-3

Решить задачу получения зеркаль ных поверхностей на прецизионных д лях с использованием мелкофракционных абразивов.

Формула изобретения

Способ обработки изделий из титановых сплавов, преимущественно притиров, включающий вакуумное альфирование в смеси триэтаноламина и водного раствора ацетата аммония с последующим охлаждением, о т л и ч а ю щ и и с а тем, что, с целью повышения износостоВкости и улучшения чистоты обрабатываемой поверхности, альфированпе производят при.750-950ОС «2-18 ч нрн рас .ходе смеси 40-80 смерч, причем через ,каждые 1,5-2,5 ч на 2-5 мин рабочее пространство нечи развакуумируют и прекращают подачу смеси, а после альфирования осуществляют охлаждение и доводку обрабатываемой поверхности образивными пастами.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 309070, кл. С 23 С 11/10, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заивке % 2818779/02, кл. С 2 3 С 11/14, 1979.

Составитель Л. Бурлинова .Редактор В. Бобков Техред Ж.Кастепевич Корректор М.Пожо

Заказ 296/40 Тираж 1048 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о дедам изобретений и открытий

113G35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4