Автореферат (Влияние химического состава и структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов ВСТ2К и ВТ6), страница 2

А также указана необходимость изучения влияния химическогосостава и структуры (α+β)-сплавов на термосиловые параметры резания и качествообрабатываемой поверхности.Глава 1. Состояние вопросаВ главе проанализированы преимущества титановых сплавов перед другимиметаллическими материалами для производства медицинских имплантируемыхизделий. Рассмотрены основные технологические и экономические проблемыпроизводства медицинской продукции из титановых сплавов. Показано, что,несмотря на преимущества титана по биологической совместимости, удельнойпрочности и коррозионной стойкости, зачастую экономически предпочтительнееиспользование нержавеющей стали для изготовления медицинских имплантатов.Изучены основные направления снижения себестоимости производства титановыхизделий.

Показано, что вовлечение в производство вторичных отходов позволяетудешевить сплавы на 30% и более. Однако, при производстве вторичных сплавовтрудно получить составы слитков с точно регламентированными структурой исвойствами, что может приводить к большому разбросу механических итехнологических свойств полуфабрикатов, изготовленных из разных плавок.Приведены основные направления снижения трудоемкости механическойобработки титановых сплавов, в том числе создание специальных сплавов идополнительное легирование водородом. Показано, что создание специальных6 сплавов с улучшенной обрабатываемостью резанием не позволяет полностьюрешить проблему, т.к. эти сплавы не всегда могут обеспечить требуемый комплекссвойств.

Отмечено, что в литературе мало внимания уделяется влияниюхимического состава и структурного состояния титановых сплавов наобрабатываемость резанием.Рассмотрены вопросы по использованию комплексной технологии обработкититановых сплавов для производства компонентов эндопротезов крупных суставов,сочетающей термоводородную обработку и вакуумное ионно-плазменноеазотирование, позволяющей существенно повысить функциональные свойстваизделий. Сформулированы цель и задачи исследования.Глава 2.

Объекты и методы исследования*Исследования проводили на образцах, вырезанных из горячекатаных плиттитанового сплава ВСТ2К, и горячекатаных прутков сплава ВТ6, полученных попромышленным технологиям. Химический состав исследуемых плит из сплаваВСТ2К приведен в таблице 1, химический состав исследуемых партий прутков изсплава ВТ6 – в таблице 2.Таблица 1 – Химический состав исследуемых плит из титанового сплава ВСТ2КЛегирующие элементы, масс.%№составаTiПримеси, масс.%[Мо]эквAlVCrFeMoONCСостав 1 осн.5,674,220,110,460,150,10,0160,0154,27Состав 2 осн.5,684,280,450,480,810,10,0210,025,44Состав 3 осн.5,684,271,490,510,800,10,0150,0236,8Таблица 2 – Химический состав исследуемых прутков из сплава ВТ6Легирующие элементы, %Примеси, масс.%, не более№(масс.)партииTiAlVFeOHNC1осн.5,54,30,30,20,0150,050,082осн.6,24,40,30,20,0150,050,083осн.6,74,30,30,20,0150,050,08Исследования микроструктуры проводили на оптическом микроскопе AXIOObserver.Alm (Karl Zeiss Jena, Германия) при увеличениях до 1000 крат.

Анализполученных изображений осуществляли с помощью программного комплексаNEXSYS ImageExpert Pro3.6. Измерение твердости по методу Роквелла проводили                                                            * Основные экспериментальные результаты получены на оборудовании ресурсного центра коллективного пользования«Авиационно-космические материалы и технологии» 7 согласно ГОСТ 9013-59 на приборе BUEHLER Macromet 5100T по шкале HRC снагрузкой 1500 Н. Наводороживание проводили в установке Сивертса в средегазообразного водорода, полученного разложением гидрида титана.

Количествовведенного водорода определяли по объему отобранного газа и контролировали попривесу образцов. Вакуумный отжиг проводили в вакуумной печи ВЕГА-3М.Коррозионные испытания проводились потенциодинамическим методом в0,9%-ном водном растворе NaCl при температуре 37±1°С и скорости измененияпотенциала 0,2 мВ/с, при использовании потенциостата ПИ-50-1.1 в комплекте спрограмматоромПР-8,трехэлектроднойэлектрохимическойячейкой,хлорсеребряным электродом сравнения и платиновым вспомогательнымэлектродом.Измерение силовых параметров процесса резания проводили на фрезерномстанке MCV-1020A с применением измерительно-регистрационной системы,включающей универсальный динамометр УДМ-600 и 4-х канальный тензоусилитель4АНЧ-22.

Запись результатов измерений осуществляли методом фоторегистрации.Для получистовой и чистовой обработки было использовано попутноефрезерование пятизубцовой фрезой Helical с применением СОЖ «BlassoCut 2000».Режимы фрезерования показаны в таблице 3.Кратковременные механические испытания на растяжение проводилисогласно ГОСТ 1497-84 на универсальной машине «TIRATEST».

Испытания наударную вязкость осуществляли по ГОСТ 9454-88 на образцах с U-образнымвырезом.Шероховатость поверхности измеряли на приборе «HOMMEL TESTER T500»в соответствии с ГОСТ 2789–73.Таблица 3 – Режимы фрезерования сплава ВСТ2КПолучистоваяПараметры фрезерованияобработкаСкорость резания (м/мин / об/мин)61 / 1528Подача на зуб, мм0,15Скорость подачи, мм/мин1163Радиальная глубина резания, мм1,3Осевая глубина резания, мм6,4Радиус закругления фрезы, мм0,8Чистоваяобработка122 / 30560,07611630,516,40,8Результаты испытаний подвергали обработке методами математическойстатистики.8 Главаа 3.

Влияние режиимов терммическойй обработтки на сттруктуруу и физиккомехааническиие свойсттва сплавва ВСТ2ККВ главе рассмотререна возмможностьь созданиия с поомощью термичеескойуры и, соответсственно, уровня свойсттв вобработкки одноотипной структургорячекаатаных полуфабрпикатах ссплава ВСТ2КВразногоркого сосстава.химическПоказаноо, что иссходные полуфаббрикаты существеснно отлиичаются по струкктуре(рисунокк 1), особбенно по количествкву и степпени диспперсностии вторичнной α-фаззы, и,соответсственно, поп твердости, которрая изменняется от 32 ед.

HRRC для соостава 1 дод 38ед. HRC для состава 3. Таккое разлиичие в твеердости полуфабрипикатов вллечет за собойсрв механичческих сввойствах.и сущесттвенные различияа)б))РРисунок 1 – Микрооструктурра горячеекатаных плит сплаава ВСТ22К составоов 1((а), 2 (б) и 3(в)Наа первом этапе работы длля преобрразованияя структууры былл использзованстандарттный реежим оттжига, согласно произвводственнной инсструкции потермичесской оббработке титановвых сплавов, кооторый включал нагрев дотемператтуры на 130°С нижентеммпературыы полимоорфного превращщения (ТППП ) споследуюющим охллаждениеем на возддухе. Усттановленоо, что приименение стандарттногоотжига нне приводдит к желлаемому результатту: формируется сструктураа с разлиичнойобъемной долей и размероом частицц первичнной α-фазы, а такжже различчной степееньюности втооричной α-фазы, что привводит к существеенно разнному уроовнюдисперснтвердостти (от 37 дод 42,5 HRRC) (табллица 4 и рисунокр2).2Таблица 4 – Парааметры сттруктурыы и твердость обраазцов из сплава ВСТ2КВразныхсоставовв после оттжигаРазмеерчествоКоличТемпеературапервиччнойСплавпервиичнойТемпеератураотжжигаHHRCα-фазы, мкмВСТ2ККАс3 , °Сα-ффазы(ТПП – 1 30°С), °СС(QααI), %ܽఈ ಺ *ܾఈ ಺ *Состав 1999088605057,12,237Состав 2998088503534,61,839Состав 3997088403034,11,6442,5*ܽఈ಺ и ܾఈ಺ –длина и ширинашперрвичных плластин α-ффазы9 д)е)Рисуунок 2 – МикрострМруктура пллит из спплава ВСТТ2К состаавов 1 (а),, 2 (б) и3(в) после оотжига прри темперратуре ТППП – 130°СС с последдующем оохлажденнием навооздухеДля оппределениия температуры нагрева,, обеспечивающеей формиированиееструуктуры с примернно равнымм количееством пеервичнойй α-фазы в сплавее ВСТ2ККразнного химиического составасобразцыоннагревалии в интерввале темпператур 940-840°ССс посследующим охлажждением в воде и нна воздухее. Установлено, чтто для треех разныххсоставов спллава приимерно одинаковооое количчество пеервичнойй α-фазы 30-35%%фикссируется после наггрева до температутур 940°С (состав 1), 920°С ((состав 2) и 880°СС(состтав 3).

ППричем, скоростьсохлажденния в выбранном температтурном интервалеие(α+ββ)-областии практиически не оказыввает влияния на количесство в структуресеперввичной α-фазы.изкое во всех трехх плавкахх количесство перввичной α-Однакоо, несмотрря на блифазыы, после отжига сохраняетстся большшая разнница в тввердости образцовв разныххсоставов (табблица 5). Это, по-видимопому, объяясняется различиеем в раззмерах иморффологии частиц вторичнной α-фаазы, выдделяющеййся при охлаждении доокомннатной теемператууры, и раазной стеепенью тввердорасттворного упрочнеения фаз,,завиисящей отт легироваанности сплава.сТабллица 5 – Параметрры струкктуры и ттвердостьь образцоов из спллава ВСТ22К послееотжиига при раазличныхх темпераатурах с ппоследующщим охлааждениемм на воздуухеРазмер первиичнойКолиичествоСпплавТемпераатураα-фазы,αммкмHRCпер вичнойВССТ2Котжигаа, °СIα-фазыы (Qα ), %ܽఈ ಺ܾఈ ಺940035236Сосстав 189200311,738,5Сосстав 268800301,342Сосстав 35Для ниввелированния влиянния количчества и степенисдисперснодости вторричной α-фазыы, выделяяющейся в процеессе охлааждения до комннатной теемпературры, былаапреддпринята попыткаа снижения скоррости оххлаждениия послее изотерммическоййвыдеержки прии выбранных темппературахх10 Прроведенныые исследдования ппоказали,, что охллаждение с печьюю практичческиисключаает образзование вторичнойвй α-фазыы и споссобствуетт укрупннению чаастицпервичноой α-фазыы, а для формировафания приммерно одннотипнойй структурры в обраазцахиз сплавва ВСТ2КК разногоо химичееского сосстава наггрев необбходимо проводитть дотемператтур 880°СС (состав 1), 920°°С (составв 2) и 8880°С (сосстав 3).