Обработка титановых сплавов давлением

Г.Е. Мажарова, А.З. Комановский, Б.Б. Чечулин, С.Ф. Важенин

Металлургия, 1977 г.

ГЛАВА   IV

СВОБОДНАЯ КОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 1. ВЫБОР СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК

В производстве полуфабрикатов из титана и его сплавов приняты круглые слитки диаметром 350—950 мм и массой от 0,5 до 15 т, полученные методомвакуумной дуговой плавки. Промежуточную заготовку для изготовления различных видов проката получают методомковки или сортовой прокатки слитков.

Главным критерием целесообразности применения того или иного СПОСОБА изготовления заготовок является себестоимость продукции. Основными определяющими себестоимость факторами являются: расходметалла и его стоимость, стоимость изготовления инструмента, заготовки и механической обработки, имеющееся оборудование и объем производства. В отдельных случаях определяющим критерием целесообразности применения СПОСОБА является получение требуемой структуры и механических свойств.

Изготовление заготовок свободной ковкой сопряжено, как правило, с повышенным расходомметалла и повышенной по сравнению с прокаткой на сортовых станах трудоемкостью. ковкой изготовляют также крупногабаритные заготовки при отсутствии штамповочного оборудования требуемой мощности и в единичном или мелкосерийном производстве, если она экономически более целесообразна, чем штамповка [48].

2. ОСОБЕННОСТИ КОВКИ. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

Предварительная КОВКА слитков необходима для деформации исходной литой структуры, улучшения одно-
родности структуры и повышения пластичности металла. В качестве исходных заготовок для ковки титановых прутков служат обточенные слитки или катаные заготовки. Процессковки обычно проводят в три этапа
КОВКА слитка в р-области с температуры на 150— 250°С выше температуры полиморфного превращения. Слиток деформируют слабыми частыми ударами со степеньюдеформации 20—30%, пока не будет раздроблена первичная литая структура. После получения необходимого сеченияСлиток рубят на мерные заготовки.

Всесторонняя проработка металла с температуры па 80—120°С выше температуры полиморфного превращения. Процесс заключается в переменной дву-трех-кратной осадке и протяжке со сменой осей и граней. В результате получают однородную по всему сечению мелкозернистую рекристаллизованную структуру, характерную для деформирования в в-бласти.

Всесторонняя проработка металла в (а+в)-области при температуре на 20—40°С ниже температуры полиморфного превращения.

Решающее влияние па структуру заготовки, величину и стабильность прочностных и пластических характеристикметалла оказывает температурный режим ковки. Так как в процесседеформации имеет место тепловой эффект, то существенное влияние приобретает скорость деформации. Разогрев титановых сплавов при ковке объясняется высокими усилиямидеформирования и их низкой теплопроводностью. скоростьдеформации не должна быть слишком низкой из-за опасности остывания заготовки и не слишком большой из-за разогрева металла. С увеличением скоростидеформации понижается пластичность и увеличиваются усилия и неоднородность деформации [48].

Для ковки титановых сплавов применяют молоты и гидравлические прессы. При изготовлении заготовок диаметром более 150—200 мм и длиной более 2,5 диаметров низкотемпературная КОВКА на молотах становится трудновыполнимой и может вызвать ухудшение свойств и образование трещин па поверхности [47]. На

ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА

1. ПОДГОТОВКА ЗАГОТОВОК И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ШТАМПОВКИ

Горячая ОБЪЕМНАЯштамповка является одним из наиболее распространенных методов получения из титана и его сплавов деталей сложной формы при крупносерийном и массовом производстве. При горячей штамповкетитана и его сплавов часты такие виды брака, как закаты, заковы или плены. Этот вид брака является следствием быстрого охлаждения острых углов заготовок при низком удельном сопротивлениидеформированию и большой пластичности внутренних слоен металла. Поэтому для штамповки титановых сплавов рекомендуется применять заготовки с закругленными углами. Большое значение имеет также чистота поверхности заготовок. На заготовках совершенно недопустимы углубления и острые вырубки, так как штамповкойповерхностныедефекты не устраняются, а лишь   заковываются в виде наружных закрытых трещин, которые трудно обнаружить при контроле штамповок.

Температурный интервал горячей штамповкититана и его сплавов близок к интервалу ковки. Основными факторами, определяющими характер структуры титановых сплавов, являются температура, степень и скорость деформации, Низкая теплопроводностьтитана и высокий коэффициенттрения между металлом и инструментомприводят к неравномерной деформации и к неоднородности структуры и свойств в объеме штампуемой заготовки. Разнозернистость по сечению детали является следствием того, что наравне с зонами интенсивного теченияметалла в заготовке образуются области затрудненной деформации. Поскольку в процесседеформации наблюдается тепловой эффект, температура заготовки повышается. При этом в зонах интенсивной деформации, где локализуется тепловой эффект, температураметалла может значительно превышать температуру фазового превращения сплава. Например, при штамповке на молоте титановых заготовок, поперечное сечение которых имеет форму двутавра, температура в средней части (в зоне полотна) в результате теплового эффектадеформации более чем на 100СС выше температурыметалла в периферийной части (в зонах полок). В зонах затрудненной деформации образуется крупнозернистая структура с пониженной пластичностью и выносливостью [48—50]. Снижение температуры нагрева под штамповку может в определенной степени исключить опасность местного перегрева заготовки. Однако снижение температурыприводит к увеличению сопротивления деформированию, износа инструмента, расхода энергии, необходимости использовать более мощное оборудование.

Штамповку титановых заготовок осуществляют на молотах и прессах (гидравлических, кривошипных и фрикционных). При штамповке на молотах за счет использования многократных легких ударов можно уменьшить местный перегрев заготовки. Однако это вызывает необходимость одного или нескольких подогревов заготовки, что способствует образованию альфированного слоя на поверхности детали, понижающего пластичность металла, а это опасно для заготовок с тонкими сечениями. Более благоприятные условия для получения штампованных заготовок из титановых   сплавов с высокими пластическими и прочностными свойствами достигаются при штамповке на прессах, так как при этом уменьшаются тепловой эффект и сопротивление деформированию.

Удельные усилия при штамповке на прессах приблизительно в 1,5 раза меньше усилий при штамповке на молотах [51], что повышает стойкость штамповой оснастки, а также опасность перегреваметалла и превышения температуры в-превращения. При штамповке на гидравлических прессах происходит более равномерная деформация и проработка структуры [48]. Пластичность титановых сплавов при штамповке на прессах увеличивается на 10—20% [2].

Таблица 9

ТЕМПЕРАТУРА ГОРЯЧЕЙ штамповки ОСНОВНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ НА РАЗЛИЧНОМ ОБОРУДОВАНИИ

В табл. 9 приведен температурныйинтервалштамповки титановых сплавов на молотах и прессах. Верхний предел определяется опасностью образования крупнозернистой структуры и альфированного слоя, нижний — понижением пластичностиметалла и повышением удельных усилий деформирования.

Штамповка титановых сплавов в в-области (в-штамповка) имеет ряд преимуществ по сравнению со штамповкой при температуре ниже точкипревращения — уменьшается сопротивлениедеформированию и повышается стойкость оснастки. Уменьшаются также удельные усилия при штамповке   в в-области.