Спосіб обробки титанового сплаву

Корисна модель відноситься до кольорової металургії, а саме до обробки деталей з титанових сплавів, що застосовуються в авіаційній промисловості, машинобудуванні. Відомий спосіб обробки титанового сплаву, наприклад ВТ22, згідно якого проводять ступінчату термічну обробку, а саме, перша ступінь - нагрів при 820-850°С, друга ступінь - охолодження з пічкою до 740-760°С, витримка 1-3год, охолодження на повітрі, третя ступінь - нагрів до 500-650°С і витримка протягом 2-4год [Технология производства титановых самолетных конструкций /А.Г. Братухин, Б.А. Колачев, В.В. Садков и др. М.: Машиностроение, 1995. -448с.]. В результаті такого способу обробки забезпечується оптимальне поєднання міцнісних і пластичних характеристик сплаву. Недоліком відомого способу є те, що така обробка не забезпечує поверхневого зміцнення сплаву, а, відтак, не дозволяє використовувати деталі після такої обробки у вузлах тертя деталей і машин (при контактних навантаженнях). В основу корисної моделі поставлене завдання створення способу обробки, у якому використання нового середовища ступінчатої обробки дозволить підвищити зносотривкість титанового сплаву за рахунок формування зміцненого поверхневого азотованого шару при збереженні оптимального поєднання рівня міцності і пластичності його матриці. В основі корисної моделі лежать відомі факти про те, що створення на поверхні титанових сплавів тонкої (£1мкм) нітридної плівки з високою якістю поверхні при рівні поверхневого зміцнення ³6ГПа дозволяє суттєво збільшити опір зносу [Федірко В.М., Погрелюк І.М. Азотування титану та його сплавів. -Київ: Наукова думка, 1995. -220с.]. Умови для формування такої плівки створюються при азотуванні в розрідженому потоці азоту при тиску газу 0,1-10Па і швидкості натікання 7´10-2–7´10-4Па´с-1) [Погрелюк І.М. Шля хи інтенсифікації термодифузійного насичення титанових сплавів у молекулярному азоті //Фізико-хімічна механіка матеріалів. -1999. -№1. -С.61-70]. У цьому випадку лімітуючими стають процеси, пов'язані з підводом азоту до зони реакції газ-метал. Це дозволяє контролювати максимальну концентрацію азоту на поверхні титану і, таким чином, гальмувати нітридоутворення. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі обробки титанового сплаву, згідно якого проводять ступінчату обробку, а саме – перша ступінь – нагрів при 820-850°С, друга ступінь - охолодження з пічкою до 740760°С, витримка 1-3год, охолодження на повітрі, третя ступінь - нагрів до 500-650°С і витримка протягом 2-4год, ступінчату обробку проводять у розрідженому потоці азоту. Використання запропонованого способу обробки в середовищі азоту (тиск азоту 0,1-10Па швидкость натікання 7´10-2–7´10-4Па´с-1) забезпечує формування тонкої (£1мкм) нітридної плівки на поверхні при рівні поверхневого зміцнення ³6ГПа. Крім цього такий спосіб призводить до формування під плівкою шару (³50мкм) твердого розчину азоту в ти тані, який є необхідною структурною складовою з точки зору триботехніки. Проведення обробки поза вказаним інтервалом газодинамічних параметрів азоту не забезпечує необхідних результатів приповерхневого зміцнення. Зокрема, збільшення тиску азоту, як і швидкості його натікання в систему збільшує товщин у нітридної плівки (вище 1мкм) та зменшує товщин у підшару твердого розчину (нижче 50мкм), що негативно впливає на опір зносу. Зменшення тиску азоту, як і швидкості його натікання не забезпечують достатнього рівня поверхневого зміцнення. Згідно з корисною моделлю витримка на етапі першої ступені становить 3,5-5год. Проведення обробки на етапі першої ступені при 820-850°С поза вказаним часовим інтервалом є неефективним з огляду на зменшення товщини нітридної плівки та рівня поверхневого зміцнення (менше 3,5-5год), а також відчутних структурних змін у титановій матриці, що викликає різке зниження її механічних характеристик (більше 5 год). Приклад Обробку проводять на зразках титанового сплаву ВТ22. Безпосередньо перед обробкою механічно поліровані зразки (Ra=0,4мкм) промивають у бензині, ацетоні, спирті і висушують. Обробку здійснюють за пропонованим способом у розрідженому потоці азоту те хнічної чистоти (ГОСТ 9293-74). Перед подачею в реакційний простір печі азот вивільняють від кисню та вологи, пропускаючи через капсулу з силікагелем і нагріту на 50°С вище температури насичення титанову стр ужку. Через кожні 3-4 відпали для відновлення ефективності системи очистки азоту силікагель відпалюють при 180°С протягом 3-4год, а титанову стр ужку змінюють на нову. У результаті обробки на поверхні титанового сплаву ВТ22 формується тонка (£1мкм) нітридна плівка (в основному, Ti2N) при рівні поверхневого зміцнення 10,1-7,5ГПа, що відокремлена від матриці шаром (50-100мкм) твердого розчину азоту в титані. Як видно з таблиці, використання пропонованого способу обробки титанового сплаву ВТ22 сприяє регламентованому поверхневому зміцненню при збереженні оптимального поєднання міцнісних і пластичних характеристик титанової матриці. Це забезпечує високу зносотривкість сплаву. Згідно результатів триботехнічних досліджень за схемою спряження диск (ВТ22) - колодка (ВТ22), що проводили на серійній установці СМЦ-2 при швидкості ковзання 0,6м/сек в гідрорідині АМГ-10 на шляху 5км, у парі, обробленій за відомим способом утворився задир вже при прикладенні навантаження 0,1МПа. Пара, оброблена за пропонованим режимом, пропрацювала базовий шлях при навантаженні 5МПа (інтенсивність зношування 0,00054г; коефіцієнт тертя 0,13). Таблиця Характеристики титанового сплаву ВТ22 після відомого та пропонованого способу обробки Спосіб обробки відомий пропонований Поверхнева мікротвердість (HП0,48/НП0,96), ГПа 2,9/2,9 7,5/6,6 Тимчасовий опір руйнуванню (sв), Пластичність (d), МПа % 1100 16,7 1118 15,9