Получение деталей из титанового сплава (стр. 2 из 4)
деталь заготовка металл титановый
Рис.1.4. Процесс формообразования выступа штамповкой в закрытом штампе.
1.2 Выбор материалов для изготовления ошипованных деталей
Современные промышленные титановые сплавы основаны, как правило, на α- и β-твердых растворах или их смесях и делятся на α-, α+β и β-сплавы с интерметаллидами или без них. Приведенные в табл.1.2 обобщенные свойства титановых сплавов различного типа показывают, что наибольший интерес для использования в конструкции настила грузового пола транспортных самолетов представляют α+β-сплавы, имеющие высокую удельную прочность, хорошую свариваемость.
Основными трудностями сварки титана и его сплавов является их высокая активность по отношению к таким вредным примесям, как кислород, водород, азот, углерод, а также снижение пластичности сварных соединений в шве и зоне термического влияния вследствие структурных превращений при сварочном нагреве и охлаждении. С учетом этого сварка титановых сплавов осуществляется в защитных средах и при выборе материала предпочтение отдается сплавам, которые не требуют обязательной термической обработки сварного соединения для стабилизации структуры. К таким сплавам относятся все псевдо-α-сплавы(ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ПТ-3В, ВТ-20) и из сплавов мартенситного класса сплавы ВТ6, ВТ6С[19].
Более высокие эксплуатационные показатели имеют ошипованные детали, изготовленные из сплава ВТ6С. Сплав ВТ6С имеет хорошее сочетание прочности и пластичности в самых различных условиях, обладает умеренным дисперсионным твердением, сравнительно хорошо сваривается и формируется в листы. Сварное соединение ВТ6С как по прочности, так и по пластичности близко к основному металлу, не требует обязательной термической обработки. Последующий отжиг сварного соединения не ведет к заметному изменению его механических свойств.
В качестве присадочных материалов для сплава ВТ6С используются проволоки из ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1, ВТ2-2, СПТ-2, ВТ6св.
На сплаве ВТ6С равнопрочное основному металлу соединение шипа с листом можно получить, применяя в качестве наплавляемого материала ВТ6св. Использование ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1, ВТ2-2 ухудшает эксплуатационные показатели деталей с шипами, так как эти сплавы имеют плохие механические свойства.
Таблица 1.2
Обобщенные свойства титановых сплавов различного типа
| Свойство | Титан технической чистоты | α-сплавы | (α+β)-сплавы | Β-сплавы |
| При 20°С (мягкий отжиг) | 300…750 | 700…850 | 850…1050 | 900…1000 |
| Горячая прочность | Низкая(до 300°С) | Хорошая(до 600°С) | Хорошая(до 500°С) | Хорошая(до 500°С) |
| Сопротивление ползучести | Низкое(до 250°С) | Хорошее(до 450°С) | Хорошее(до 450°С) | Хорошее(до 480°С) |
| Температурная стабильность | Хорошая | Хорошая(до 500°С…600°С) | Хорошая(до 400°С…500°С) | Хорошая(до 300°С) |
| Способность к старению | Нет | Нет в большинстве случаев | Есть | Есть в большинстве случаев |
| Деформируемость при 20°С | При 300°С хорошая | При 600°С…700°С хорошая | При 500°С…650°С хорошая | При 500°С хорошая |
| Максимальная температура при одновременном нагружении | До 300°С | До 450°С…600°С | До 300°С…450°С | До 300°С |
| Свариваемость | Хорошая | Хорошая | От хорошей до плохой | Хорошая |
Менее грубая структура α’-фазы без снижения пластичности получается при наплавке на лист из ВТ:С сплава СПТ-2, в состав которого входит цирконий, повышающий прочность без снижения пластичности и способствующий измельчению выпадающей α’-фазы. Сплав СПТ-2 по своим механическим свойствам близок к сплаву ВТ6С, обладает высокой износостойкостью, промышленное производство его хорошо освоено.
Из изложенного выше следует, что наиболее целесообразно изготавливать листовые ошипованные детали по предлагаемой технологии из сплава ВТ6С, в качестве материала шипа применять сплав СПТ-2.
Листы из ВТ6С, в соответствии с ОСТ 1.90013-71, содержат: Al-5,3…6,8%, V-3,5…5,0% и примеси углерода, железа и кислорода не более 0,02; 0,07; 0,05%.
Сварочная проволока из СПТ-2(электрод) поставляется по ОСТ 1.90015-77 и содержит: Al-4…4,5%, V-2,5…3,0%, Zr-1,5…2,0% и примесей углерода, железа и кислорода не более 0,02; 0,07; 0,05%.
2. Исследование процесса дозированной дуговой наплавки шипов-заготовок из титановых сплавов
Изготовление ошипованных деталей дуговой дозированной наплавкой с последующей формовкой электродного металла предполагает, что окончательная форма шипа получается в результате формоизменения наплавленной точки методами пластического деформирования.
С учетом общих требований, предъявляемых к самолетным конструкциям, наплавка должна обеспечить:
· стабильность наплавляемой массы;
· прочность соединения точки с листом;
· получение точек заданной формы;
· высокую точность постановки шипа-заготовки.
Чтобы процесс наплавки мог удовлетворить перечисленным выше требованиям, необходимо решить ряд задач:
· создание оптимальных условий для стабильного формирования капель расплавленного металла заданной массы на торце электрода;
· определение возможности наплавки одиночных точек из титановых сплавов, применяемых для изготовления шипа;
· разработка способов независимого управляемого переноса капель электродного металла, обеспечивающего требуемую точность дозирования и точность постановки;
· получение наплавленных точек требуемых размеров и формы с заданной прочностью соединения с листом.
Для решения этих задач необходимо изучить процесс плавления электрода; исследовать процесс независимого переноса электродного металла; поставить условия, обеспечивающие соединение капли с листом и получение наплавленной точки заданных размеров.
2.1 Сущность и основные параметры процесса дуговой наплавки
Для выбора параметров процесса нанесения электродного металла на листовую заготовку дуговой дозированной наплавкой необходимы данные о количестве расплавленного металла и его температурном состоянии в зависимости от режима работы электрической дуги и характеристик электрода. Эти данные в литературе для исследуемого материала отсутствуют, а экспериментальное определение
-коэффициент расплавления и 
-температуры расплавленного металла, вызывает определенные трудности, так как они изменяются в определенных пределах[20,21].Сущность процесса наплавки выступа заключается в том, что выступ заданной массы и формы получается путём принудительного переноса на изделие капли жидкого металла, сформированной из отрезка электрода путем его оплавления. Схема процесса образования выступа показана на рис. 2.1.
Листовая заготовка 4 располагается на теплоотводящей медной подкладке 5. В зону наплавки подаётся защитный газ. Исходя из отрезка требуемой массы капли, устанавливается необходимый вылет электрода 1(рис. 2.1а). При подаче электрода 3 до упора в листовую заготовку и последующего его отвода от поверхности на расстояние порядка 1,5 мм, возбуждается электрическая дуга, которая разогревает поверхность заготовки и плавит электрод.
На поверхности заготовки образуется локальная зона расплавления
, а на торце электрода формируется капля расплавленного металла (рис. 2б).
Рис.2.1 схема процесса наплавки выступа.
По истечении времени, необходимого для формирования капли заданной массы и образования зоны расплавления
, на каплю воздействуют кратковременным потоком газа повышенной скорости 
, в результате чего она отделяется от электрода и переносится в зону расплавления, образуя точечный выступ (рис.2.1в).Основными характеристиками сварного соединения (рис.2.2) являются:
- диаметр выступа у основания; 
- высота выступа; 
- форма выступа; - диаметр зоны расплавления; 
- глубина зоны расплавления; 
- точность нанесения капли на листовую заготовку, характеризуемая радиальным отклонением центра наплавленного выступа от центра зоны расплавления.Характеристики сварного соединения при электродуговой точечной наплавке зависят от режимов и условий сварки.