Справочные материалы по титану

Чернецов В.И.
Судпромгиз, 1956 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Справочные материалы по титану

4. Технологические свойства титана

Поглощение газов при повышенных температурах
Технологические свойства титана, как и свойства механические, определяются степенью чистоты металла и прежде всего содержанием в нем кислорода, водорода, углерода, На воздухе при нормальной
температуре +20°С титан устойчив. При температуре 320°С титан абсорбирует водород.
До температуры 600°С поверхностная пленка окисла металла защищает его от окисления. Поэтому можно на короткое время нагревать титан до 750°С. Значительного окисления при этом не будет.
С наступлением температуры аллотропического превращения (882°) начинается процесс заметного проникновения кислорода вглубь металла. Так, при температуре 926° в течение 1 часа кислород проникает в металл на глубину 0,26 мм, при температуре 1040° — на глубину 1,25 мм [5].
Окислы, нитриды и карбиды титана не могут быть удалены из металла ни одним из известных в настоящее время способов. Основ­ная задача при всех технологических операциях состоит в том, чтобы металл не насыщался газами, ибо только при этом условии можно сохранить изделиям из титана необходимые пластические и прочно­стные свойства и обеспечить надежность работы конструкции в целом.
Технически чистый титан поставляется в настоящее время про­мышленностью в виде разнообразных поковок, листов, полос, труб от 5 до 100 мм с различной толщиной стенок и т. п. При исполь­зовании титана применяются все виды холодной и горячей обработки давлением, а также обработка резанием. Титан легко поддается ковке, прокатке, штамповке и другим обычным методам горячей обработки.
Поведение титана при различных видах горячей а холодной обработки
Ковка и  горячая  штамповка
Полученные в дуговой печи слитки после обдирки на токарном станке без особых затруднений поддаются ковке при температуре 800—900°С. Слитки под ковку нагреваются в обычных муфельных газовых или электрических печах. Пламя не должно непосредственно касаться заготовки.
Окалину с пода необходимо регулярно очищать, чтобы избежать реакции титана с ней. Рекомендуется укладывать на под листы из нержавеющей стали. Атмосфера в печи должна быть нейтральной и сухой, так как пары воды вызывают появление водородной хруп­кости. Надо избегать нагрева материала выше температуры 950 С для предотвращения чрезмерного окисления.
Хотя при 700—1000°С титан поглощает также и азот, однако диффузия кислорода при этих температурах идет быстрее, чем азота, поэтому главную опасность для ковки представляет кислород. Оче­видно, ухудшение ковкости будет происходить в тонких сечениях быстрее, чем в толстых. Поэтому гонкая проволока, покрытая слоем окислов, может разрываться при волочении даже с нагревом до 750°С. Ковку можно производить под пневматическими и паровыми молотами, гидравлическими фрикционными или кривошипными прессами. Раз­решается ковка в несколько выносов.
Титан можно штамповать в горячем и холодном состоянии. Нагрев заготовки под горячую штамповку осуществляется в тех же интервалах температур, что и под ковку, и может производиться в печах, методом электросопротивления, а также токами высокой частоты. Для обеспечения свободного течения металла штампы для титана следует изготовлять с большими радиусами закругления, чем штампы для стали.
Рекомендуется [7] для изготовления деталей из титана штампы делать с уклоном на 3° больше, чем аналогичные штампы для изго­товления деталей из стали. Отделка поверхностей штампа требует большей тщательности. Особое внимание надо обращать на чистоту ручьев штампа.
Штамповку можно производить как на прессах, так и молотами. Имеются сведения [7], что штамповки, полученные на прессах, имеют более высокие пределы текучести и пределы прочности, чем штам­повки, сделанные молотами.
В качестве смазки при штамповке рекомендуется смесь графита с салом. Удаление заусениц производится так же, как на стали, в го­рячем и холодном состоянии. Кромки штамповок в обоих случаях получаются чистыми.
После штамповки металл рекомендуется отжигать при 650 — 700°С.
При температуре 850—900° легко происходит операция выдавли­вания титана на прессе с получением цельнотянутых труб и других изделий.
Листовая штамповка, гибка, резка
Технически чистый титан поддается без больших затруднений гибке, вытягиванию и другим подобным операциям.
Титан обладает такой же способностью к глубокой вытяжке, как и дюралюминий марки Д16М. Скорость вытяжки титана должна быть ниже, чем при вытяжке стали. Штампы для листовой штамповки титана следует изготовлять с большими радиусами закругления, чем штампы под алюминиевые сплавы и сталь.
Рекомендуется [7] радиус закругления матриц брать равным 87" (/'—толщина вытягиваемого листа).
Для обеспечения листовой вытяжки рекомендуется перед штам­повкой покрыть листы лаком ХВЛ-21 (ТУ МХП 2497-51), после чего можно применять обычные смазки.
Титан обладает способностью к наклепу, поэтому холодная штамповка должна производиться в несколько переходов, при этом необходимо заготовку периодически отжигать. Операции листовой штамповки титана, в отличие от малоуглеродистых сталей, выпол­няются при более высоких давлениях и более низких скоростях пресса.
Листовой титан толщиной 0,6—3,5 мм легко гнется при ком­натной температуре. Листы толщиной 4,5 мм и прутки размерами от 12,5X12,5 до 75ХЮ0 мм необходимо гнуть в горячем состоянии. Трубы диаметром от 12,5 до 20 мм можно гнуть в холодном состо­янии с применением тех же радиусов изгиба, которые применяются при гибке труб из отожженной нержавеющей стали. Для горячей гибки листов, труб, прутков необходимо доводить температуру на­грева заготовок примерно до 600—700°С.
Листовой титан можно резать обычными механическими ножни­цами, предназначенными для резки стальных листов, причем кромки листов получаются чистыми и ровными. Сложные очертания получа­ются без особых затруднений на дисковых или перфораторных ножницах.
Вырубка и прокол отверстий производятся на обычных дыро­пробивных прессах.
Прокатка
В холодном состоянии титан может выдерживать обжатие до 95%. При холодной прокатке титан быстро наклёпывается, отчего для дальнейшей обработки необходимо отжигать металл. Кратковремен­ный нагрев на воздухе до 650°С дает возможность восстановить у титана способность к удлинению, достаточную для продолжения холодной обработки давлением. При нагревании болванок титана под прокатку в нагревательных печах при наличии большого коли­чества железной окалины на поду печи возможно загорание болванок.
Очистка и отделка
Перед горячей и холодной обработкой давлением поверхность заготовок должна быть очищена от окалины, непроплавленной губки на поверхности слитков и других дефектов. Очистку можно произ­водить механическим или химическим путем. Если толщина окисной  пленки невелика, ее удаляют обдувкой песком, дробью или с по­мощью абразивов. Непроплавы губки удаляются абразивным кругом или обдиркой на токарном станке. Если толщина окисной пленки большая, ее удаляют струей песка с последующим травлением.
Отжиг
При обработке давлением часто приходится производить отжиг для снятия внутренних напряжений наклепанного материала. Как следует из приведенных на рис. 18 [12] кривых, для снятия внут­ренних напряжений  необходимо производить отжиг при температуре 370—565°, а полный отжиг — при температуре около 650°С. Время выдержки при указанных температурах должно быть примерно 30 мин. на каждые 25 мм толщины.
Если требуется межоперационный отжиг, то рекомендуется последующее медленное охлаждение.
Литье титана
В расплавленном состоянии титан активно соединяется со всеми огнеупорными материалами, обычно применяемыми в литейном деле. Этим и объясняется трудность получения отливок из титана. Поэтому заливать титан возможно только в формы, изготовленные из специ­ального формовочного материала. Формы изготовляются обычными методами по деревянным, металлическим или выплавляемым моделям. 
Отливки из титана в этом случае имеют удовлетворительную по­верхность.
По литейным качествам — способности заполнять форму, склон­ности к образованию горячих трещин, характеру кристаллизации — технически чистый титан является вполне удовлетворительным мате­риалом и близок в этом отношении к обычной углеродистой стали.
Свариваемость титана и соединение его пайкой Сварка
Титан хорошо сваривается. Технология сварки титана отличается от технологии сварки стали.
Главное при сварке титана — уберечь металл от соединения с кислородом, азотом и водородом. В расплавленном состоянии титан жадно поглощает эти газы, что понижает пластичность металла. Поэтому сварку титана производят в среде инертных газов — аргона или смеси аргона с гелием.
При изготовлении изделий из титана применяют следующие методы сварки:
1)аргоно-дуговую сварку плавящимся электродом,
2)аргоно-дуговую сварку неплавящимся вольфрамовым элек­тродом,
3)автоматическую сварку под слоем флюса,
4)контактную стыковую сварку оплавлением,
5)контактную сварку точками и швом.
Ручная аргоно-дуговая сварка, как правило, ведется обычными сварочными машинами постоянного тока при прямой полярности (минус на вольфрамовом электроде).
Обратная сторона свариваемого металла, как и зона шва, должна быть защищена от действия воздуха. При сварке тонких листов под шов устанавливают медные подкладки. Можно устанавливать и сталь­ные подкладки с канавкой под стыком шва для поддува инертным газом с обратной стороны шва. Для более толстых листов необхо­димо подавать защитный газ не только в зону сварки, но и с обратной стороны. Подачу защитного газа можно прекратить только тогда, когда температура шва опустится ниже 400°С. Применяется хими­чески чистый аргон, содержание всех примесей в котором не должно превышать