Автореферат (Влияние химического состава и структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов ВСТ2К и ВТ6), страница 3

ЭтоЭ позвоолилосформирровать структурусу, близккую поо парамметрам ддля треех состаавов,представвленную частицамми первиичной α--фазы, размером 3-7 мкмм, по формеблизкимии к глобуулярной (ттаблица 66).Таблица 6 – Стрруктура и твердо сть обраазцов из сплава ВВСТ2К в отожженнномиисостояниСпллавТемпераатураТвердость,МикросттруктураВСТТ2Котжигаа, °СCед.

HRCСостаав 1880035Состаав 2920035Состаав 3880036Прроведенныые механиические ииспытаниия образцоов показаали, что формировфваниеоднотипнной струкктуры и близкиебззначения твердостти в образзцах из сплавасВССТ2Кобеспечиивают и близкиебзнначения ммеханичесских своййств (табллица 7).11 Таблица 7 – Механические свойства образцов из сплава ВСТ2К после отжигаСплавТемператураСкоростьKCU, в,,,ВСТ2Котжига, °Сохлаждения, К/с МПаМДж/м2%%Состав 18800,04100018380,51Состав 29200,04101015350,43Состав 38800,04101019350,49Таким образом, были определены оптимальные температуры нагрева искорость охлаждения для проведения отжига горячекатаных полуфабрикатов изсплава ВСТ2К в зависимости от содержания β-стабилизаторов.

Для сплавов с[Мо]экв=4,0÷5,0 отжиг необходимо проводить при температуре 880°С (ТПП  100°С),для сплава с [Мо]экв=5,0÷6,0 – при 920°С (ТПП  60°С), а для сплава с [Мо]экв≥6,0 –при 880°С (ТПП  90°С), с последующей изотермической выдержкой в течение 1 часаи охлаждением со скоростью 0,04 К/с до комнатной температуры.Титан и сплавы на его основе являются аллотропными материалами.Температура полиморфного αβ-превращения в титановых сплавах (ТПП) являетсяотправной точкой для выбора режимов их обработки. Она зависит от содержания αи β-стабилизаторов в сплаве и определяется экспериментально или эмпирически длякаждой плавки.

В связи с широким интервалом содержания легирующих элементови примесей во вторичном сплаве ВСТ2К температура полиморфного превращения уразных плавок может существенно различаться (до 100°С). Поэтому в работе былапредпринята попытка построения графической зависимости температурыполиморфного превращения от химического состава сплава, выраженного черезотношение эквивалентов по алюминию и молибдену ([А1]экв/[Мо]экв). Для этогобыло дополнительно исследовано еще 6 плавок сплава ВСТ2К, на которыхэкспериментально, методом пробных закалок, была определена температура ТПП.Установлено, что ТПП находится в прямопропорциональной зависимости отсоотношения [А1]экв/[Мо]экв. Отклонение значений ТПП от прямой для разных плавоксоставило не более  10°С.Были исследованы электрохимические характеристики сплава ВСТ2К трехразных составов после отжига по разработанным режимам.

Установлено, что сплавВСТ2К, независимо от его состава, по коррозионной стойкости в 0,9%-ном водномрастворе NaCl не уступает широко применяемому в медицине сплаву ВТ6 ипревосходит стали и кобальтовые сплавы.12 Гллава 4. Вллияние хиимического состаава и струуктурына обррабатывааемость ррезаниемм титановвого сплаава ВСТ22КВ главе изуучено влиияние химмическогго составаа сплава ВСТ2К с однотипнойуктурногоо состояния сплаава одногго составва на уссилиеструктуррой, а таакже струрезания и темпераатуру в зооне резаниия.Наа первом этапе работырпрпроводилиись на образцах трех сосставов спплаваВСТ2К, отожженнных по разработтанным в главе 3 режиммам, обесспечиваюющимно одинаковое струуктурное состояние.примернВ ррезультатте проведденных иссследованний было установллено, что увеличенние всплаве кколичествва β-стабиилизатороов практиически нее оказываает влиянния на уссилиерезания (рисунокк 3а), ноо приводиит к поввышениюю темпераатуры в зоне реззанияием [Mo]эккв от 4,3 (состав(1) до 6,8 (ссостав 3) температутура в(рисунокк 3б).

С уввеличенизоне резаания увелличиваетсся на 100°°С. Причеем характер зависиимости нее меняетсяя дляполучисттового и чистового фрезероования, отличаютсося толькоо абсолюттные значченияпараметрров.а)б)нок 3 – Заависимостть усилияя резания (а) и темппературыы в зоне реезания (б)) отРисунхимиического составасспплава ВСТТ2К в отоожженномм состоянниищем этаппе работыы было изученоивлияниеврразмера первичноой αНаа следующфазы, а также количествквенного ссоотношения перввичной и вторичнной α-фазы вмосиловыее парамеетры фрезерованиия. Для этого былибсплаве ВСТ2К на термботки, оббеспечиваающие раазный раазмериспользоованы реежимы теермическоой обрабпервичноой α-фазыы в структтуре. Иссследованиия проводдились наа образцахх, вырезаннныхиз плитт составов 1 и 3, котторые иммели миинимальнуую и максимальмьную13 легированность.

Параметры структуры и твердость образцов составов 1 и 3,полученные после термической обработки, обобщены в таблице 7 и на рисунке 4.Таблица 7 – Параметры структуры и твердость образцов из сплава ВСТ2К послеразличных режимов термической обработкиРежим термическойобработкиОтжиг 1940С, 2,5 часа, перенос впечь 650С, 8 часов, охл.на воздухеОтжиг 2850С, 4 часа, перенос впечь 650С, 8 часов, охл.на воздухеОтжиг 3880°С, 1 час, охл. с печьюРазмер αI, мкмСостав1Состав3Количество αI, %Твердость, ед.HRCСостав1Состав3Состав1Состав3aαI = 12 aαI = 12bαI = 9 bαI = 995903132aαI = 11 aαI = 10bαI = 7 bαI = 695903233a αI = 9bαI = 59590353635-39--30-42aαI = 5bαI =3УТО*940С, 40 минут, охл. вa αI = 7Iводе, 550С, 7 часов, охл.

bα = 2на воздухеУТО*880С, 40 минут, охл. вaαI = 5bαI = 2воде, 550С, 7 часов, охл.на воздухе* УТО – упрочняющая термическая обработкаПервый режим отжига включал нагрев до 940С, выдержку в течение 2,5часов, перенос в печь с температурой 650С, выдержку в течение 8 часов иохлаждение на воздухе. Такой отжиг позволяет сформировать структуру,характеризующуюся крупными глобулярными частицами α-фазы, размер которыхполучился фактически одинаковым для  двух составов (таблица 7 и рисунок 4). Отжиг по первому режиму дает значения твердости 31 и 32 ед.

HRC для составов 1 и3, соответственно (таблица 7).Второй режим отжига включал нагрев до 850С, выдержку 4 часа, перенос впечь с температурой 650С, выдержку в течение 8 часов и охлаждение на воздухе.После термической обработки по такому режиму размер частиц первичной α-фазыбыл меньше, чем после отжига по первому режиму (таблица 7 и рисунок 4).Уменьшение размеров первичной α-фазы приводит к возрастанию твердости на 1единицу HRC.14 а)д)б)е)в)ж)г)з)Рисунокк 4 – Влиияние терммическойй обработкки на параметры сттруктурыы и твердоостьобраззцов из спплава ВСТТ2К состаава 1 (а – г) и состаава 3 (д – з) после различныыхрежиимов терммической обработкки: отжиг 1 (а, д); отжиго2 (бб, е); отжииг 3 (в, ж));УТО (гг, з)Третий режжим отжиига – это режим, разработаранный в гглаве 3, дляд состаава 1ил формированиее структууры, соддержащейй частицыы первиичной α-ффазыобеспечиIIразмеромм aα = 9мкм,9bα = 5мкм, и повышшение твеердости ддо 35 едииниц HRRC.

В15 случае с составом 3 отжиг способствовал сохранению более мелкой структуры (aαI =5мкм, bαI = 3мкм) и достижению твердости 36 единиц HRC (таблица 7, рисунок 4).Для создания в образцах структуры, обеспечивающей более высокие значениятвердости, была использована упрочняющая термическая обработка (УТО).Температура первой ступени обработки выбиралась таким образом, чтобы получитьв структуре примерно равное количество первичной α-фазы.Образцы состава 1 нагревали до 940С, выдерживали при этой температуре 40минут, затем охлаждали в воде. Это обеспечило сохранение в структуре около 35%первичной α-фазы.

Затем образцы подвергали старению при 550С в течение 7 часовдля выделения дисперсных частиц вторичной α-фазы. Твердость образцов состава 1после упрочняющей термической обработки составила 39 единиц HRC.Образцы состава 3 нагревали до 880С, после выдержки в течение 40 минутохлаждали в воде, что также обеспечило сохранение в структуре около 30%первичной α-фазы.

Затем образцы подвергали 7-часовому старению при 550С.Данная термическая обработка позволила получить на образцах твердость равную42 единицам HRC.Для анализа влияния структуры сплава ВСТ2К на термосиловые параметрырезания были построены зависимости усилия резания и температуры в зоне резанияот значений твердости, т.к.

она является структурно чувствительным параметром.Установлено, что с ростом твердости от 31 до 35 единиц HRC, т.е. с уменьшениемразмера первичной α-фазы наблюдается уменьшение как усилия резания, так итемпературы в зоне резания (рисунок 5). Дальнейшее повышение твердости за счетуменьшения размера первичной α-фазы и выделения дисперсных частиц вторичнойα-фазы приводит к небольшому увеличению как усилия резания, так и температурыв зоне резания.Таким образом, проведенные исследования показали, что наилучшейобрабатываемостью резанием обладает структура, с глобулярной морфологиейчастиц α-фазы размером 3-7 мкм и твердостью 35-37 ед.HRC.На следующем этапе была исследована стружка, полученная в результатечистовой и получистовой обработки, для состава 1 и состава 3 сплава ВСТ2К,обладающих, соответственно, наилучшими и наихудшими термосиловымипараметрами резания.