Особенности обработки титановых сплавов

УДК 621.9

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

О.В. Ефанова

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург

Роль титановых сплавов, как конструкционного высокопрочного материала быстро возрастает в различных отраслях промышленности, благодаря своим специфическим свойствам, но наибольшее значение они имеют в области  авиакосмической промышленности. Важнейшими свойствами для этой области являются: высокая удельная прочность и жаропрочность; небольшой удельный вес; низкая теплопроводность в широком диапазоне от криогенных до +11500С [1]; стойкость против электрохимической и химической коррозии, межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением; стойкость против химического разрушения поверхности в газовых средах при высоких температурах (выше 5500С), работающие в нагруженном и ненагруженном состоянии; предел текучести, который важен для сопротивления эксплуатационным нагрузкам.

Любой конструкционный материал применяют из-за его физико-механических свойств, но  на выбор также влияет его технологичность, дефицитность и стоимость.

 Несмотря на дороговизну титана, замена этим материалом более дешёвых в большинстве случаев оказывается экономически выгодной, что делает его ценным , важным и необходимым. Титан начали производить и использовать в пятидесятых годах, после второй мировой войны различные отрасли промышленности для изготовления деталей и конструкций в строительстве, автомобилестроение, ракетостроение, целлюлозно-бумажной и нефтехимической промышленности, медицине, энергетике, авиакосмической и оборонной промышленности.

Титан придает своим сплавам хорошие показатели коррозионной стойкости, механической прочности, теплоемкости и твердости, уменьшает удельный вес.

Россия занимает третье место по производству титана. Разработкой титановых сплавов занимались многие научно-исследовательские институты, наиболее успешными считались работы института металлургии Академии наук СССР под руководством Н.И. Корнилова, ЦНИИ КМ «Прометей» под руководством профессора Г.И. Капырина, Гиредмета под руководством профессора Г. П. Даниловой и др. В настоящее время основной научно-исследовательской организацией-разработчиком титановых сплавов и технологии их обработки являлся ВИАМ, где практически разработали всю номенклатуру титановых сплавов с рекомендуемыми инструкциями по обрабатываемости и применяемости сплавов в российской промышленности [2].  

 Одним из крупнейших предприятий в мире является Корпорация ВСМПО-АВИСМА, которая производит полуфабрикаты из титановых сплавов. Для последующей механической обработки они производят лопатки турбин для отечественного авиа- и ракетостроения из материалов: ВТ, ВТ9, ВТ3-1, ВТ6, ВТ20, ОТ4. Прутки катанные производят из сплавов: ВВТ1-0, ВТ1-00, ОТ4-0, ВТ6, ВТ8,Т20, 19, 37 и других по ГОСТ 19807-91 [3] и отраслевым стандартам: ОСТ 1-90173, ОСТ 1-90266 и другим.

Имея хорошие эксплуатационные показатели этот материал имеет недостатки: склонность к водородной хрупкости; невысокие антифрикционные свойства; трудность переработки отходов; плохая обрабатываемость резанием.

Основными факторами определяющими условия механической обработки материала являются: механическое усилие; стружкообразование и удаление стружки; теплообразование и теплопроводность; износ и разрушение режущего инструмента. При значительном влиянии хотя бы одного из этих факторов на процесс резания материал может считаться «труднообрабатываемым».

Титановые сплавы менее технологичны, поэтому их труднее лить, варить и обрабатывать резанием, в конечном итоге трудоемкость выше , чем у углеродистых сталей [4].

Физико-механические свойства этих сплавов оказывают серьезное влияние на процесс обработки, а также предъявляют высокие требования к технологической системе "СПИД". От всех этих частей зависит стабильность процесса.

Твердость титановых сплавов имеет свойство изменятся в диапазоне (НВ 1800-4000 МПа) [5].

Из-за значительной прочности титана его обработка сопряжена с возникновением значительных сил резания и сильной вибрации, уменьшающей период службы режущего инструмента. Из-за существенных усилий, прилагаемых для механообработки, область резания перегревается и требует дополнительного охлаждения.