Диссертация (Влияние химического состава и структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов ВСТ2К и ВТ6), страница 12

Установить влияние химического состава и структуры сплава ВСТ2К натермосиловые параметры резания.5. Оценить влияние химического состава и структуры сплава ВСТ2К наструктуру стружки.6. Исследовать влияние дополнительного легирования водородом наобрабатываемость резанием сплава ВСТ2К.7. Изучить влияние химического состава сплава ВТ6 на качествополированной поверхности заготовок. ‐ 85 ‐  2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ2.1 Объекты исследованияИсследования проводили на образцах, вырезанных из горячекатанойплитытитановогосплаваВСТ2К,полученногопопромышленнойтехнологии, а также на образцах, вырезанных из горячекатаных прутковсплава ВТ6. Химический состав исследуемых плит из сплава ВСТ2Кприведен в таблице 2.1, химический состав исследуемых партий прутков изсплава ВТ6 – в таблице 2.2.Таблица 2.1 – Химический состав исследуемых плит из титанового сплаваВСТ2КсоставаПримеси,Легирующие элементы, масс.%№масс.%TiAlVCrFeMoONCСостав 1осн.5,674,220,110,460,150,10,016 0,015Состав 2осн.5,684,280,450,480,810,10,021 0,02Состав 3осн.5,684,271,490,510,800,10,015 0,023Таблица 2.2 – Химический состав исследованных партий прутков из сплаваВТ6№партииЛегирующие элементы,Примеси, масс.%, не более% (масс.)AlVFeOHNC15,54,30,30,20,0150,050,0826,24,40,30,20,0150,050,0836,74,30,30,20,0150,050,08Металлографические и рентгеноструктурные исследования проводилина образцах размером 10х10х20 мм.‐ 86 ‐  Подготовкаобразцовдляметаллографическогоанализаосуществлялась по стандартной методике [102].

Образцы подвергалишлифовке на наждачной бумаге различных номеров (от №40 до №M14) иокончательной электрополировке в стеклянном водоохлаждаемом сосуде. Вкачестве катода использовали аустенитную нержавеющую сталь, анодомслужил образец; напряжение на электродах 35 В. Для электрополировкииспользовался электролит следующего состава: 4 части уксусной кислоты(CH3COOH, плотность 1г/см3) и 1 часть хлорной кислоты (HClO4, плотность1,6 г/см3).После окончания процесса электрополировки поверхность шлифаподвергали химическому травлению в стандартном растворе: 3 млплавиковой кислоты (HF) + 6 мл азотной кислоты (HNO3) + 141 млдистиллированной воды (H2O) или в более мягком растворе на основеглицерина: 5 мл плавиковой кислоты (HF) + 45 мл азотной кислоты (HNO3) +50 мл глицерина. Травление проводили при комнатной температуре, времявыдержки – 5-10 секунд, способ нанесения травителя – смачиваниеповерхности шлифа.2.2 Методы исследованияТермическую обработку в воздушной атмосфере проводили спомощьюэлектропечиСНОЛ-1,6.2,5.1/9-И4(до900°C)иввысокотемпературной электропечи СНОЛ-1000 (до 1200°C).

Температуруобразцов в печах при термической обработке определяли термопарами типаХА, размещаемыми у образцов. Погрешность определения составляла ±5°C.Охлаждение со скоростью выше 30 К/с проводили в воде стемпературой 20-22°C.Исследования микроструктуры проводили на оптическом микроскопеAXIO Observer.Alm (Karl Zeiss Jena, Германия) при увеличениях до 1000крат.

Применяли метод светлого поля в воздушной среде. Анализполученныхизображенийосуществлялиспомощьюпрограммного‐ 87 ‐  комплекса NEXSYS ImageExpert Pro3.6, который позволяет проводитьколичественный фазовый анализ различными методами, в т.ч. методомсекущих.Измерение твердости по методу Роквелла проводили на прибореBUEHLER Macromet 5100T алмазным конусом с углом у вершины 120° изакруглением радиусом в 0,2 мм по шкале HRC с нагрузкой 150 кгс.Для измерения силовых параметров процесса резания применялиизмерительно-регистрационную систему в составе:1. Фрезерный станок MCV-1020A.2.УниверсальныйдинамометрУДМ-600,установленныйнагоризонтальный стол станка.3.

4-х канальный тензоусилитель 4АНЧ-22 с 4-х канальныманалоговым индикатором.Записьрезультатовизмеренийосуществлялиметодомфоторегистрации.Режимы фрезерования для получистовой и чистовой обработкипоказаны в таблице 2.3. В качестве режущего инструмента былаиспользована фреза Helical. Была принята попутная «climb» схемафрезерования боковой поверхностью фрезы. Фрезерование проводили сприменением СОЖ «BlassoCut 2000».Перед испытаниями динамометр УДМ-600 тарировали в диапазоненагрузок 01960 Н по образцовому динамометру ДОСМ-3-0.2 системыТокаря Н.Г.Общая схема системы измерения термосиловых параметров процессарезания приведена на рисунке 2.1.Длятемпературыпереводазначенийиспользовалиизмереннойтарировочнуютермо-ЭДСзависимостьвпоказаниятермо-ЭДСестественной термопары «фреза Helical  VT6» от температуры нагрева спая(рисунок 2.2).

Эту зависимость строили по результатам отдельногоэксперимента, проведённого по схеме на рисунке 2.3. Схема обеспечивала‐ 88 ‐  точность поддержания температуры в рабочем пространстве печи 3°С иохлаждение холодных спаев термопары до комнатной температуры.Для определения термосиловых характеристик фрезерования числопроходов ограничили 120 для достижения времени работы фрезы около 10мин.Таблица 2.3 – Режимы фрезерования сплава ВСТ2КДанные фрезерованияПараметры фрезерованияПараметрыполучистовойобработкиСкорость резания (м/мин / об/мин)Подача на зуб /Скорость подачиПараметрывысокоскоростной чистовойобработки61 / 1528122 / 30560,15 мм / 11630,076 мм / 1163мм/минмм/минРадиальная глубина резания RDOC,1,3 мм / 10(%/)%/Осевая глубина резания ADOC6,4 мм6,4 ммРадиус закругления фрезы0,8 мм0,8 мм0,51 мм / 4 %/Для оценки уровня механических свойств использовали следующиепараметры: временное сопротивление разрыву (в), предел текучести (0,2),относительное удлинение (), относительное сужение () и ударную вязкостьобразцов с U-образным надрезом (KCU).

Для определения этой группысвойств использовали стандартные образцы [103].Кратковременные механические испытания на растяжение проводилисогласно ГОСТ 1497-84, на универсальной машине «TIRATEST». Диаметр ирасчетную длину образцов измеряли на инструментальном микроскопе ВМИ- 1 с точностью 0,01 мм.‐ 899 ‐  Рисунок 2..1 – Общаая схема системысизмеренииия термосииловыхпарамеетров при фрезероввании‐ 900 ‐  Рисуннок 2.2 – Тарировоочная завиисимость для естесственной термопарры«фрреза Heliccal  сплавв»‐ 911 ‐  Риисунок 2.33 – Схемаа тарировкки естественной теермопарыы «фрезаHelical – сплав»‐ 92 ‐  Механические свойства определяли в соответствии с ГОСТ 1497 - 73и ISO 6892 по первичным кривым растяжения в координатах нагрузка абсолютноеудлинение,которыеавтоматическизаписывалисьнадиаграммной ленте испытательной машины.

Точная оценка величинобеспечивалась при записи диаграмм с применением тензометров.Пластичность сплавов в условиях растяжения при нормальнойтемпературе оценивали относительным удлинением () и относительнымсужением ().Испытания на ударную вязкость осуществляли по ГОСТ 9454-88 наобразцах с U-образным вырезом.Шероховатость поверхности измеряли на приборе «HOMMELTESTER T500» в соответствии с ГОСТ 2789–73.Наводороживающийотжигпроводиливсредемолекулярноговодорода в установке Сивертса до концентраций 0,15; 0,35; 0,7%1 в интервалетемператур 650 – 900С с шагом 50С по следующей технологической схеме[104]:– нагрев в вакууме и выдержка при заданной температуре;– напуск водорода и выдержка;– охлаждение до комнатной температуры со скоростью 1 К/с, за счетудаления вакуумной реторты с образцами из рабочего пространстванагревательной печи и дополнительного обдува потоком воздуха отвентилятора.Принцип действия установки Сивертса основан на термическомразложении порошка гидрида титана в реторте, предварительно откачаннойна высокий вакуум [105].

Газообразный молекулярный водород собирается вбаллон. По достижении заданного давления в баллоне (рассчитываетсяисходя из требуемой конечной концентрации в образцах с учетом их массы)доступ водорода перекрывается, и баллон посредством трубопроводов испециальных вакуумных клапанов соединяется с ретортой, в которой                                                            1Здесь и далее по тексту концентрация водорода указана в массовых процентах.‐ 93 ‐  находятсяобразцыпризаданнойтемпературе.О протекании процесса поглощения водорода образцами свидетельствуетизменение давления в системе.

После поглощения заданного количестваводорода реторта с образцами охлаждается вентилятором.О завершении процесса сорбции водорода судили по установлениюравновесного давления в замкнутой системе. Количество введенноговодорода контролировали по привесу образцов с помощью точныхэлектронныхлабораторныхпогрешностьневышевесов0,0001гр).AdventureКонечноеAR2140(абсолютнаясодержаниеводородарассчитывали по формуле 2.1:CК гдеСКконначm обр.

 m обр .конm обр. 100 % ,(2.1)– конечная концентрация водорода, [масс. %];начmобр. – масса образца до наводороживания;конmобр. – масса образца после новодороживающего отжигаВакуумный отжиг образцов проводили в печи модели ВЕГА 3М винтервале температур 625- 800С. Время выдержки выбирали так, чтобы впроцессе дегазации содержание водорода уменьшалось до безопаснойконцентрации (0,006%).