книги из ГПНТБ / Пульцин Н.М. Титан и его применение в авиации

Инертный газ, защищающий от воздействия воздуха ванночку рас­ плавленного металла и все разогретые участки свариваемой детали, должен быть достаточно чистым. Это значит, что влажность защит­ ного газа не должна превышать 5%, а содержание в нем кислорода н азота вместе — 1 %.

Пластичность сварного шва можно значительно повысить неболь­ шими добавками некоторых тугоплавких элементов, например ре­ ния. При введении 0,05—0,1% рения угол загиба при испытании на пластичность сварного шва титанового сплава повышается в

2—3 раза [12].

Титановые сплавы ВТ4, ОТ4, ВТБ и ВТ6 удовлетворительно сва­ риваются аргоно-дуговой сваркой .плавлением в атмосфере нейтраль­ ных газов с присадкой технического титана ВТ1 и без нее. Предел прочности сварного соединения при этом составляет 90% прочности основного металла. После сварки для снятия напряжений и восста­ новления пластичности приводится отжиг, особенно необходимый для деталей сложной конфигурации.

При сварке титана и его сплавов часто нет надобности в предва­ рительном удалении с них поверхностного слоя, как это делается при сварке алюминиевых сплавов. Такой обработке подвергаются только те заготовки, на которых имеется толстый слой окислов, оставшийся, например, после горячей прокатки. Наличие загрязнен­ ного поверхностного слоя не оказывает существенного влияния на свариваемость титана. Однако примеси, содержащиеся в таком слое, могут снизить пластичность сварного шва.

П а й к а . В настоящее время методы соединения титана пайкой ин­

тенсивно разрабатываются. В результате проведенных исследований установлено, что образованию прочного и пластичного паяного со­ единения препятствуют окислы, гидриды и альфированный слой, об­ разующийся под слоем окислов в результате насыщения азотом и кислородом при нагреве титана выше 450°. Поэтому перед пайкой с титана должны быть удалены не только окислы и гидриды, но и альфированный слой. Для предотвращения повторного образования их при нагреве под пайку пользуются различными методами защиты металла от воздействия кислорода, азота и водорода. С этой целью при пайке применяют аргон или гелий достаточной чистоты, прово­ дят пайку в достаточном вакууме, процесс облуживания перед пай­ кой осуществляют без доступа воздуха, используют флюсы, раство­ ряющие пленку или защищающие металл от окисления.

Трудность подбора припоя для пайки титана состоит в том, что многие металлы образуют с титаном хрупкие химические соедине­ ния, снижающие пластичность и прочность паяного шва. Наиболее удачными припоями в настоящее время считаются чистое серебро, сплавы на его основе и сплавы на основе никеля. Чистое серебро яв­ ляется удовлетворительным припоем не только при соединении ти­ тана с титаном, но и при пайке титана с алюминием, нержавеющей и мягкой углеродистой сталью.

78

В одном из опытов [2] пайка титана осуществлялась расплавле­ нием при помощи ацетилено-кислородного пламени серебряной про­ волоки, помещенной под слоем флюса, состоящего из 10% AgCl, 36% КС1, 9% NaF и 45% NaCl. В результате пайки был получен плотный шов с пределом прочности-на срез свыше 22 кг/мм2. При

этом пластичность шва, несмотря на образование интерметаллидного соединения титана с серебром, оказалась достаточно высокой.

щееся при резании титана, значительно больше, чем при обработке других металлов. Это объясняется малой контактной поверхностью между титановой стружкой и инструментом, что вызывает высокие местные давления и большие температуры (фиг. 59). В то же время низкая теплопроводность титана не обеспечивает достаточного ох­ лаждения режущей кромки инструмента. Высокие температуры и большие давления способствуют взаимодействию титана с материа­ лом инструмента, приводящему к приварке и налипанию обрабаты­ ваемого металла к рабочей поверхности резца. Это, в свою очередь, приводит к нарушению геометрии режущего инструмента, пониже- ~нию режущей способности, увеличению усилий резания и быстрому выходу резца из строя.

Однако, несмотря на трудности, в настоящее время обработка ти­ тана резанием в производственных условиях осуществляется удовле­ творительно. При составлении технологии этой обработки учиты­ ваются все специфические особенности титана. Процесс резания осу­ ществляется при небольших скоростях, равных 20—45 м/мин, и зна­ чительных подачах инструмента, составляющих 0,2 мм на оборот.

79

При этом выбирается такая геометрия резца, при которой увеличи­ вается площадь контакта его со стружкой и обеспечивается сравни­ тельно быстрый отвод и рассеяние тепла. Лучшими в этом отноше­ нии являются резцы с отрицательным передним углом, имеющие зад­ ний угол в пределах 7— 10° и радиус закругления вершины примерно в два раза больше глубины резания.

Повышение твердости титановых сплавов значительно ухудшает их обработку; скорость резания при этом должна уменьшаться. Ти­ тан с толстым измененным слоем следует обрабатывать только твер­ досплавными инструментами, причем глубина резания должна быть больше толщины измененного слоя. Для охлаждения применяются 5-процентная масляная эмульсия и 5-процентный водный раствор нитрита натрия; охлаждающие масла не рекомендуются, поскольку они дымят при соприкосновении с горячей поверхностью металла и инструмента.

Ввиду больших усилий резания при обработке титана требуется высокая жесткость станка и применяемых приспособлений, иначе не­ избежен значительный износ инструмента и преждевременный вы­ ход его из строя. Жесткость системы станок—инструмент необходи­ ма также для получения точных размеров обрабатываемой детали, поскольку большие усилия резания и низкий модуль упругости ма­ териала могут вызвать значительные уйругце деформации заготовки и снизить точность обработки ее.

Кроме точения, в настоящее время применяется обработка тита­ на резанием методами фрезерования, сверления, нарезания резьбы, развертывания, разрезки, протягивания и шлифования.

Главной неприятностью при фрезеровании является налипание титана на1зубья фрезы и поломка режущей кромки. Применение по­ путного фрезерования титана способствует значительному увеличе­ нию стойкости инструмента, так как при этом в начале реза имеет место -максимальный захват металла, а к концу реза количество приваренного к зубьям металла уменьшается. Скорость резания ти­ тана при фрезеровании равна 4 м/мин, а подача — 0,05 мм на зуб

фрезы (55].

При сверлении большие трудности наблюдаются вследствие уп­ рочнения титана в процессе обработки. Не допускается применение тупых сверл, способствующих не только упрочнению металла, но и перегреву стружки, вызывающему вследствие размягчения ее заку­ порку выходных каналов и поломку сверла. Скорости резания при сверлении выбираются меньшими, чем при многих других видах об­ работки резанием, и составляют от 4 до 21 м/мин. Применяемые по­ дачи равны 0,07—0,16 мм на оборот. Рекомендуется применение хи­

мически активных смазок, например хлорированных и с-ульфуриро- ванных минеральных масел, способствующих уменьшению крутя­ щего момента и осевого усилия при сверлении. Упрочнение титана можно полностью устранить, если процесс обработки вести острым сверлом и применять охлаждение жидкой углекислотой.

80

Нарезание резьбы в титане сопровождается образованием наро­ ста на режущей кромке инструмента и заполнением стружкой кана­ вок инструмента. Метчики делают из быстрорежущей стали. Режу­ щую кромку зуба метчика шлифуют и азотируют для увеличения со­ противления износу, а также подвергают оксидированию для умень­ шения трения и химической активности. Для смазки применяют хи­ мически активные масла, содержащие хлор и серу.

При развертывании особое внимание должно быть уделено кон­ струированию режущего инструмента, чтобы уменьшить прилипание титана к граням развертки и не допустить снижения качества обра­ ботанной поверхности.

Разрезка титана и его сплавов осуществляется пилами с круп­ ным зубом и при большой подаче. Скорость резания при этом долж­ на составлять 25—50% от скорости резания нержавеющих сталей. Титан может подвергаться фрикционной резке, при которой процесс протекает за счет абразивного действия ленточной пилы без зубьев и окисления.

Операция протягивания титана является весьма трудной и ее осу­ ществление возможно только при условии жесткого закрепления об­ рабатываемой детали и инструмента и частой переточки протяжки, при которой рекомендуется выдерживать задние углы больше обыч­ ных, а передние несколько меньше.

При шлифовании титана и его сплавов наблюдается повышенный износ абразивного инструмента, а при больших давлениях на круг получается неудовлетворительная поверхность. Улучшение техноло­ гии шлифования титана достигается уменьшением скорости круга до 40% от обычной и подбором охлаждающих жидкостей. Шлифоваль­ ные круги для обработки титана должны иметь большой диаметр и наибольшую ширину. При этом изменение размеров круга за счет износа будет меньше и точность шлифования повысится. Повышение твердости титановых сплавов затрудняет шлифование их. Вследствие взрывоопасности титановой пыли применяют, как правило, мокрое шлифование. При этом благодаря низкой теплопроводности титана исключается возможность появления трещин в результате местного перегрева. При шлифовке титана необходимо применять мягкие са­ мозатачивающиеся мелкозернистые круги. Резка заготовок прово­ дится карборундовыми дисками при скорости вращения 1800 об/мин.

6 Н. М. Пульци»

Л И Т Е Р А Т У Р А

с т р . 1 0 3 7 — 1040 .

7. Н . И . Б л о к, А . И . Г л а з о н а, Н . Ф . Л а ш к о, А . М . Я к и м о в а, 11з-

№6 .

2 2 . Н . И . Б л о к, А . И . Г л а з о в а , Г. М . К о х о в а и Н . Ф . Л а ш к о, « З а ­

24 . М . А . Ф и л я н д , Е . И . С е м е н о в а, С в о й с т в а р е д к и х э л е м е н т о в , с п р а ­

') Реферативный Журнал Металлургии.

82

27.РЖМет, 1959, № 3, 6537.

28.РЖМет, 1959, № 9, 20469.

8783.

32. .I Inst. Metals, 1959, 87, part 10, 343-346. Экспресс-информация, Ме­ талловедение и термическая обработка, 1959, вып. 45, № 177—180.

33. РЖМет, 1959, № 7, 15891.

34. Jron Age, 1957, v. 180, № 18, р. 59—62.

3 5 . И н д у к ц и о н н ы й н а г р е в с п л а в о в н а о с н о в е т и т а н а п е р е д о б р а б о т к о й д а в л е ­

№9, 2 0 4 7 6 .

4 0 . С п р а в о ч н и к п о м а ш и н о с т р о и т е л ь н ы м м а т е р и а л а м , т. 2, Ц в е т н ы е м е т а л л ы

т и ч е с к и х и ц и к л и ч е с к и х н а г р у з к а х , к а н д . т с х н . н а у к М . А . Э л ь я ш е в а, и з д .

48. Design Engineering, 1959, 49, № 6, 115. Экспресс-информация, Металло­ ведение и термическая обработка, 1959, вып. 43, № 169—172.

54.Современное состояние исследований титана в США, Aircraft Engi­ neering, 2, 1956.

55.Экспресс-информация, Самолетостроение, 1959, № 45.

6*