Разработка режимов отжига для производства проволоки из титанового сплава ВТ16 диаметром менее 1,0 мм
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Материаловедение
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Галкин В. И.
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 8
Дополнительно
Уровень образования:
Аспирантура
Артикул: 620097.01.99
Тематика:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 140 УДК 621.771.001 DOI 10.12737/8151 РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ОТЖИГА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ16 ДИАМЕТРОМ МЕНЕЕ 1,0 ММ Галкин В. И. (профессор, д.т.н.) ФГБОУ ВПО "МАТИ – Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" 121552, г. Москва, Оршанская ул., д.3, тел. (499) 141-94-53. Е-mail: tomd@mati.ru В данной статье рассмотрено несколько режимов отжига проволоки из тита нового сплава ВТ16 диаметром менее 1,0 мм с исследованием микроструктуры и меха нических свойств данного полуфабриката. Одним из основных технологических параметров при производстве проволоки менее 1,0 мм из титанового сплава ВТ16, вносящим значитель ный вклад в формирование микроструктуры, является отжиг. При малых диаметрах проволоки из титанового сплава ВТ16 (менее 1,0 мм) главной задачей является получить мелкозернистую микроструктуру, что достига ется путем проведения дополнительных отжигов. Так как при производ стве проволоки диаметром менее 1,0 мм, в частности диаметрами 0,2 и 0,6 мм, наблюдается высокая суммарная степень деформации (30 - 40 %), ко торая приводит к росту внутренних напряжений в проволоке. Для снятия таких напряжений и для получения мелкозернистой мик роструктуры на ОАО «ВИЛС» разработаны режимы отжига данной прово локи. На первом этапе производства была получена кованая заготовка диаметром 130 мм. Последующая прокатка «с прерыванием» на сортопро катном стане «250» в однофазной β-области при температуре 980 0С поз волила получить из данной заготовки катанку диаметром 8 мм. Комплекс
Раздел 1. Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 141 дальнейших технологических операций, включающих в себя вакуумный отжиг полуфабрикатов, калибровку и волочение в холодном состоянии в несколько стадий с различной степенью деформации при вытяжке и про межуточными отжигами для снятия деформационного упрочнения, позво лил изготовить пруток диаметром 5,5 мм. На следующем этапе были проведены металлографические исследо вания структуры, а также определена твердость полученного прутка. Структура полуфабриката, сформированная на технологических стадиях его получения, является достаточно хорошо проработанной (рис. 1) и име ет среднюю твердость (25 – 26 единиц HRC). Рис.1. Микроструктура полуфабриката Ø 5,5 мм после отжига при температуре 680 0С в течение 40 минут. Такая структура является типичной для полуфабрикатов, начальные стадии деформации которых протекали в однофазной β-области, а завер шающие – в (α+β)-области. Об этом свидетельствует отсутствие в структу ре четких β-границ с α-оторочкой и пластинчатой α-фазы, а также наличие отдельных микрообъемов с колониями α-пластин.
Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 142 На следующем этапе технологической схемы на ОАО «ВИЛС» из полученного полуфабриката диаметром 5,5 мм методом холодного воло чения была изготовлена проволока диаметром 1,2 мм. Проведенные исследования микроструктуры показали, что увеличе ние степени деформации в процессе получения проволоки диаметром 1,2 мм приводит к окончательному исчезновению в ее структуре границ быв ших β-зерен и ориентировки α-пластин в направлении волочения, что при водит к формированию мелкодисперсных глобулярных частиц α-фазы в поперечном направлению деформации сечении (рис. 3.2, а). Однако, как показали измерения кратковременных механических свойств, проведенные на ОАО «ВИЛС», в таком состоянии полуфабрикат обладает повышенными прочностными характеристиками (σВ=1120-1210 МПа) и пониженным запасом технологической пластичности (δ=5-7 %), которого не достаточно для проведения последующих операций волочения в холодном состоянии. В связи с этим, полученная проволока диаметром 1,2 мм была под вергнута отжигу в воздушной атмосфере при 630 0С в течение 10 минут для устранения деформационного упрочнения. Такой отжиг не приводит к видимым изменениям микроструктуры (рис. 3.2, б), однако почти вдвое повышается пластичность полуфабриката при небольшом снижении проч ности (σВ=990 МПа и δ=14 %). Последующее осуществление этапов технологической схемы подра зумевало изготовление проволоки диаметром 0,9 мм и 0,6 мм с заданным уровнем механических свойств (σВ ≥ 1200 МПа и δ ≥ 5 %). Однако проведенные исследования показали, что после холодной де формации обе проволоки: как диаметром 0,9 мм, так и диаметром 0,6 мм, при незначительном уменьшении размера частиц α-фазы в поперечном се чении, которое происходит по мере увеличения степени деформации
Раздел 1. Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 143 (рис.3), обладают запасом пластичности, значительно уступающим требу емому (таблица 1). а) б) Рис.2. Микроструктура проволоки Ø 1,2 мм после волочения (а) и после дующего отжига при температуре 630 0С в течение 10 минут (б). Таблица 1 Механические свойства проволоки Ø 0,9 мм и Ø 0,6 мм из сплава ВТ16 Диаметр прово локи, мм № образца σВ, МПа σ0,2, МПА δ, % 0,9 1 1161 982 1,7 2 1146 1043 1,0 3 1172 999 0,9 4 1183 1006 1,1 0,6 1 1380 0,5 2 1394 1,1
Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 144 а) в) б) г) Рис. 3. Микроструктура проволоки Ø 0,9 мм (а, б) и Ø 0,6 мм (в, г) после волочения (а, в – съемка с плоскости, перпендикулярной направлению де формации; б, г – съемка с плоскости, параллельной направлению деформации). Измеряя шероховатость поверхности проволоки (таблица 2), наблю даем, повышенные значения шероховатости, это связано прежде всего с низким качеством поверхности получаемых полуфабрикатов. Таким образом, риски и надиры на поверхности полуфабрикатов являются дополнительными концентраторами напряжений и приводят к их преждевременному разрушению.
Раздел 1. Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 145 В связи с особенностями процесса волочения, интенсивным скольже нием между поверхностью волоки и изделием в условиях большого давле ния в очаге деформации, выжиманием смазки и нарушением сплошности масляной пленки, а также налипанием частиц металла на рабочую поверх ность проволоки и недостаточным отводом тепла от рабочего инструмента на поверхности проволоки возникают различные поверхностные дефекты (риски, надиры, расслоения). Таблица 2 Значение шероховатости поверхности проволоки Ø 0,9 мм и Ø 0,6 мм из сплава ВТ16 Диаметр проволоки, мм № измерения Ra, мкм Rz, мкм 0,9 1 52,754 7,983 2 43,633 6,445 среднее значение 48,209 7,214 0,6 1 9,469 1,854 2 10,906 2,093 среднее значение 10,188 1,973 Поэтому наличие таких дефектов на поверхности проволоки диамет ром менее 1,0 мм увеличивает газонасыщение поверхности проволоки и ведет к ее обрывам в процессе холодной деформации. В связи с этим необходимо было разработать режим термической об работки, позволяющий без изменения микроструктуры проволоки диамет ром 1,0 мм, сформированной в процессе волочения (рис. 4, а), повысить ее технологическую пластичность для последующего волочения в холодном состоянии.
Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 146 а) в) б) г) Рис. 4. Микроструктура проволоки Ø 1,0 мм после волочения в холодном состоянии (а) и различных режимов отжига: пропусканием электриче ского тока tн = 750 0С, τВ = 3,5 мин (б) и tн = 600 0С, τВ = 5 мин (в); τВ = 3,5 мин (б) и tн = 450 0С, τВ = 1,5 ч (г). Для решения этой задачи на ОАО "ВИЛС" проволока Ø 1,0 мм была подвергнута отжигу при температуре 630 0С в течение 10 мин. Однако, как показали проведенные нами механические свойства, отожженная по тако му режиму проволока имеет недостаточную пластичность (таблица 3).
Раздел 1. Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 147 Таблица 3 Механические свойства проволоки Ø 1,0 мм из сплава ВТ16 после различных режимов отжига. Режим отжига № образца σВ, МПа σ0,2, МПа δ, % Температура нагрева, tн Время вы держки, τВ 630 0С 10 мин 1 965 844 3,6 2 971 913 4,6 600 0С, пропускание электрического тока 5 мин 1 1104 840 8,2 2 1069 836 5,8 750 0С, пропускание электрического тока 3,5 мин 1 1002 739 5,2 2 1036 716 6,4 Поэтому было предложено два режима отжига проволоки указанного диаметра, основанных на пропускании электрического тока через полу фабрикат. Первый – при температуре 750 0С в течение 3,5 минут и второй – при температуре 600 0С в течение 5 минут. Несмотря на то, что в процес се отжига производился нагрев проволоки до достаточно высоких для сплава ВТ16 температур, малое время выдержки при этом позволило из бежать значительного укрупнения структуры (рис. 4, б, в) и образования на поверхности проволоки газонасыщенного слоя. Таким образом, удалось повысить пластичность полуфабрикатов в среднем до 6 % (таблица 3), в связи с чем данные режимы и технология нагрева были рекомендованы ОАО "ВИЛС" для производства проволоки диаметром менее 1,0 мм из ти танового сплава ВТ16.