CC BY
13
УДК 621.762.4
Канд. техн. наук М. I. Носенко, д-р техн. наук В. О. Павлов,
канд. техн. наук О. П. Ляшенко
Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запорiжжя
ОТРИМАННЯ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ ТИТАНОВИХ МАТЕР1АЛ1В ПРИ ГАРЯЧОМУ ШТАМПУВАНН1
Наведено результати дослгджень гарячого штампування порошкових заготовок при отриманш конструкцшних титанових матергалгв разного експлуатацшного призначення.
До конструкцшних матерiалiв, яш знайшли широ-ке застосування при створеннi нових машин та при-ладiв, вiдноситься титан, що обумовлено унiкальним комплексом його фiзико-хiмiчних властивостей. Задо-вiльнення постiйно зростаючих потреб в матерiалах та виробах з титану може бути суттево прискорене в результатi застосування метсдов порошково! мета-лургп. При виготовленш виробiв цими методами ко-ефщент використання металу, порiвняно з традицш-ною технологiею, збiльшуеться в 3-4 рази, а трудовi та енерговитрати зменшуються в 1,5-2 рази, скорочуеть-ся собiвартiсть титанових виробiв. Тому забезпечення отримання широкого класу конструкцшних порошкових титанових матерiалiв та виробiв рiзного експлуа-тацiйного призначення з найкращим комплексом мiцностi та пластичних властивостей мае важливе на-укове i практичне значения.
Гаряче штампування (рис. 1) забезпечуе масове ви-робництво виробiв, оск1льки використовуеться високоп-родуктивне стандартне ковальсько-пресове обладнан-ня, яке легко мехатзуеться та автоматизуеться. Вiдноснi невиробничi витрати металу вiд ваги виробiв склада-ють: при штампуваннi в закритому штампi 0-2 %; при штампуванш з елементами випкання металу в компен -сацiйнi щiлини 3-6 %. Додатковою операцiею при штампуванш з елементами випкання е видалення облою.
Вплив гарячого штампування на ущшьнення та механiчнi властивосп порошкового титану ПТЕС-1, ПТЕК-1, ТГ-ТВ(-0.63+0.18)- 10-3м дослiджували в умо-вах всеобiчного рiвномiрного (штампування в закритому штамт) та нерiвномiрного (штампування з елементами випкання) стиску. Заготовки рiзноl вшнос-но! щшьносп (©0 = 70-90 %) отримували холодним двостороннiм пресуванням. Гаряче штампування здшснювали на кривошипному пресi К2330. Процес осцилографували. Для анал1зу закономiрностей дефор-мацп використовували метод координатних сiток, котрi наносили на меридюнальний перерiз заготовок. 1нтен-сивнiсть деформацш зсуву Г 1 та деформацш зсуву у визначали вiдповiдно методиш [1].
При розробцi технологiчних параметрiв виробниц-тва конструкцiйних титанових матерiалiв при гарячо-
му штампуваннi враховано вплив рiзних факторiв на ущшьнення порошкового металу та його властивосп. Технолопчш параметри обмеженi границями, яш за-безпечують отримання конструкцiйних матерiалiв з найкращим комплексом мiцностi та пластичних влас-тивостей (табл. 1).
Сшкання порошкових заготовок у вакуумi 2,66-10-2 Па при температурi 1200 °С протягом 2-3 годин забезпечуе максимальну технологiчну плас-тичнiсть порошкового титану [2], що дозволяе дефор-мувати заготовки з оптимальним ступенем деформаци, отримувати, в залежносп вiд схеми штампування, по-рошковий матерiал iз заданим рiвнем щiльностi та механiчних властивостей.
На^в заготовок перед гарячим штампуванням до температури 900-950 °С в середовищi аргону забезпе-чуе достатньо ефективний захист порошкового титану ввд окислення та газонасищення, а також максимальну технолопчну пластичнiсть порошкових титанових заготовок та зниження тиску гарячого штампування [3].
Рис. 1. Технолопчна схема виробництва конструкцшних вироб1в при гарячому штампуванш порошкових заготовок: 1 - засипка порошку в прес-форму; 2 - холодне пресування заготовки; 3 - витягання заготовки; 4, 5 - спжання 1 нагр1вання заготовки; 6, 7 - вщповщно штампування в закритому штамт та з елементами витжання; 8 - терм1чна обробка
© М. I. Носенко, В. О. Павлов, О. П. Ляшенко, 2007
Таблиця 1 - Оптимальш технолопчш параметри гарячого штампування заготовок порошкового титану
Параметри штампування Схема штампування
В закритому штампi | З елементами випкання
Вщносна шшьшсть заготовки ©0, % 70-90
Температура спiкання заготовок ТСП, еС 1200
Час спiкання тСП, год. -3
Середовише спжання Вакуум 2,66 • 10-2 Па
Температура нагршу заготовок ТН, еС 900-950
Середовише на^ву аргон
Технологiчне мастило МоБ2 з iндустрiальним мастилом (2:1), колодао-графгтовий препарат В-О
Ступiнь деформацп е0 ПТЕС-1 ПТЕК-1 ( 35 - 52 [13 - 20 ) Коефщент витжання КВИТ > 9
ТГ-ТВ (25 - 45 У 1 8 -15 )
Тиск деформацп р, МПа 700-800 560-650
1нтенсившсть деформацiй зсуву Гг 2,84-1,82 > (2,94-2,22)
Деформацiя зсуву у гг 0,55-0,72 > (0,79-1,01)
Вщносна шiльнiсть матерiалу виробiв 0,% 98,0-98,5 99,8-100
Температура вдаалу ТВ, еС 800
Час вщпалу т в , год. 2-3
Середовише вщпалу Вакуум 2,66 • 10"2 Па
Примтка: * — чисельник — спечет заготовки; знаменник-неспечет.
Використання суспензи дисульфвда молiбдена (Мо82) з шдуст^альним мастилом у ввдношенш 2:1 або коловдно-графггового препарату для технолопчного змашування, порiвняно з умовами сухого тертя, дозво-ляе збiльшити стутнь та зменшити тиск деформацп при гарячому штампуваннi порошкових заготовок.
Визначеш оптимальнi ступiнь та тиск деформацп забезпечують в об'eмi металу виробу при гарячому штампуваннi необхiднi штенсившсть деформацiй зсуву Г 1 та деформацш зсуву угг i ввдповщт, максимальнi за величиною, шiльнiсть та мехашчш властивостi порошкового титану на рiвнi та више, шж у литого зде-формованого металу аналопчного хiмiчного складу, в залежносп вiд застосовано! схеми гарячого штампування (табл. 2).
Для практичного використання результапв досль джень розроблено номограми гарячого штампування, як1 дають можливiсть, у залежностi ввд параметрiв деформацп, визначити ушiльнення порошкового титану, тиск деформацп (рис. 2) та ударну в'язшсть порошкових титанових матерiалiв (рис. 3).
Номограми складаються з чотирьох квадрантiв. У першому та другому квадрантi наведено взаемозв'-язок ступеня деформацп (е0 - при штампуваннi в зак-ритому штампi, КВИТ - при штампуванш з елементами витiкання), штенсивносп деформацп зсуву Г 1 (рис. 2),
деформацп зсуву угг (рис. 3) та шнцево! вщносно1 щшьносп матерiалу виробiв з порошкового титану ©. В третьому квадрантi наведенi залежностi мiж вщнос-ною щшьшстю И та тиском деформацп р, який забез-печуе дану щшьшсть (рис. 2), шiльнiстю та ударною в'язшстю матерiалу виробiв КСи (рис. 3). В четвертому квадранп наведено вплив параметрiв деформацп ( е0 та КВИТ) на тиск штампування (рис. 2) та ударну в'язшсть матерiалу виробiв (рис. 3).
Порядок визначення необхiдних даних на номог-рамах вказано стрiлками. Даш, як визначаються по першому i другому квадрантах характеризують здефор-мований стан i ушiльнення порошкового титану при гарячому штампуванш. По третьому та четвертому квадрантам визначаються вихвдт даш для розробки технологiчного процесу, розрахунку оснастки, вибору
Таблиця 2 - Мехашчш властивосп гарячештампованого порошкового та литого здеформованого титану
Схема гарячого штампування Мехашчш властивосп
а В , МПа 8 , % ^, % КСИ, кДж/м2
Закрите штампування ПТЕС-1, ПТЕК-1 400-420 28-32 40-45 750-850
ТГ-ТВ 430-460 14-17 26-29 180-250
Штампування з елементами випкання ПТЕС-1, ПТЕК-1 400-430 32-35 42-47 1200-1300
ТГ-ТВ 460-500 16-19 38-41 370-470
Литий здеформований вщпалений титан ВТ1-О [4] 400-550 17-20 32-50 500-1000
залежать вщ вихвдно! сировини, вщ параметрiв та схе-ми гарячого штампування. В таблицi 3 наведено характеристику гарячештампованих титанових матерь алiв конструкцiйних виробiв за рiвнем щiльностi, ме-ханiчних властивостей та умовами виробництва.
Рис. 2. Номограма гарячого штампування: 1, 2, 3 ©0 - 70, 80, 90%;-штампування у закритому штамт (координата у дужках);---штампування з елементами витжання; х - Т = 900 °С; о - Т = 950 °С
Таблиця 3 - Характеристика порошкових гарячештампованих конструкцшних титанових виробiв за рiвнем мехашчних властивостей та умовам виробництва
Схема гарячого штампування Ргвень щiльностi та мехашчних властивостей
©, % аБ, МПа 5, % у/,% КСи,Дж/м2
I Закрите штампування з мшмальною деформащею на першш стади 97-97,5 300 - 330 270 - 300 18 - 23 8 -12 27 - 33 18 - 22 380 - 490 80 -150
Закрите штампування з максимально допустимою деформащею на першш стади II Неспечет заготовки 97,5-98,0 340 - 370 290 - 330 22 - 27 10 -15 32 - 39 20 - 24 530 - 690 100 -170
III Спечет заготовки 98,0-98,5 400 - 420 430 - 460 28 - 32 14 -17 40 - 45 25 - 28 750 - 850 180 - 250
IV Штампування з елементами витжання неспечених заготовок 99,5-100 400 - 430 440 - 470 28 - 33 14 -17 41 - 45 27 - 32 820 - 930 210 - 300
V II та наступне штампування з елементами витжання 99,8-100 400 - 440 450 - 500 30 - 33 16 -19 42 - 46 30 - 35 950 -1100 320 - 430
VI Штампування з елементами витжання спечених заготовок 99,8-100 400 - 430 460 - 500 32 - 35 17 -19 42 - 47 38 - 41 1200 -1330 400 - 470
Примтка: чисельник — ПТЕС-1, ПТЕК-1; знаменник — виЫвки губчатого титану (-0,63+0,18)10' -3м.
ковальсько-пресового обладнання (рис. 2) та величину ударно! в'язкосп отримуваного матерiалу виробiв (рис. 3).
Характер експлуатацп визначае вимоги за рiвнем мехашчних властивостей конструкцшних виробiв, яш
Рис. 3. Номограма гарячого штампування: 1, 2, 3 ©0 - 70, 80, 90%;-штампування у закритому штамт (координата у дужках);---штампування з елементами витжання; х - Т = 900 °С; о - Т = 950 °С
Гаряче штампування у закритому штамт, коли на заключнш стадп процесу схема напружено-здеформо-ваного стану максимально наближуеться до всебiчно-го рiвномiрного стиску, дозволяе при використаннi порошкових заготовок з виавок титаново1 губки (-0,63+0,18)Т0"3м отримувати конструкцiйнi вироби, основними вимогами до яких е висока мiцнiсть, а ви-моги за пластичними властивостями не е визначаль-ними. Застосування порошкових заготовок з ПТЕС-1, ПТЕК-1 забезпечуе при високш мiцностi матерiалу пiдвишення пластичних властивостей. Але для дано1 схеми штампування характерна наявшсть залишково1 пористост та зон затруднено1 деформацп, тому дшьнищ виробiв, як1 формуються в цих зонах не по-винш бути важконавантаженими загрозливими пере-рiзами.
Створюючи умови всебiчного нерiвномiрного стиску, додатковi очаги деформацп в перифершних зонах затруднено1 деформацп, а також у зонах, де формуються загрозливi перерiзи виробiв, при використанш ком -
пенсацiйних щшин, як1 забезпечують витiкання металу на заключнш стадп процесу гарячого штампування з елементами випкання, можна керувати процесом ущ -шьнення, формування структури та властивостей порошкового металу.
Слад вiдмiтити рiзницю мiж гарячим штампуван-ням у закритому штамт з компенсацшними щшина-ми заготовок литого та порошкового металу. У першому випадку компенсацшш щшини призначенi для запобiгання перевантаження та поломки штампово! оснастки внаслшок коливання об'ему лито! заготовки. У випадку використання порошкових заготовок компен-сацшш щiлини необхiдно застосовувати з метою ке-рування процесом ущшьнення металу в периферiйних порожнинах матрицi за рахунок створення додаткових очапв деформацп, що i визначае !х к1льк1сть та мiсце розташування. Для формування очага деформацп та необхшно! iнтенсивностi деформацп' зсуву достатньо процес здiйснювати до початку усталеного випкання металу в компенсацшш щшини з мшмальними при-
пусками. Вироби, отримаш iз заготовок ПТЕС-1, ПТЕК-1 при гарячому штампуванш з елементами ви-тiкання повшстю задовiльняють вимогам до аналогi-чних деталей з литого здеформованого металу. Пози-тивний вплив на пластичш властивостi отримуваних виробiв, особливо ударну в'язк1сть, величина яко1 пе-ревишуе рiвень для литого здеформованого металу надае скорочення кiлькостi операцiй у процесi передшу порошкових заготовок, при яких метал окислюеться.
Враховуючи вимоги до мiцностi та пластичносп, як1 висуваються до виробiв, та застосовуючи конкрет-ну схему штампування можна зменшити собiвартiсть !х виготовлення, пiдвишити продуктивнiсть процесу та коефщент використання металу, забезпечити отри-мання широкого класу конструкцiйних порошкових ти-танових матерiалiв та виробiв з заданим комплексом
механiчних властивостей.
Перелж посилань
1. Павлов В. А., Носенко М.И. Исследование горячей деформации и уплотнения порошковых металлов // Порошковая металлургия. - 1988. - №1. - С. 1-6.
2. Изменение деформационных характеристик пористых заготовок из порошков титана, меди и алюминия / В .А. Павлов, М.И. Носенко, Б.В. Попов, С.Н. Якунин // Порошковая металлургия. - 1987. - № 9. - С. 20-24.
3. Павлов В.А., Носенко М.И., Карлов Л.А. Термомеханический режим горячей штамповки заготовок из порошков титана // Порошковая металлургия. - 1991. -№ 11. - С. 1-5.
4. Применение титана в народном хозяйстве / Под ред. А.Т. Туманова. - Киев: Техника, 1975. - 200 с.
Одержано 13.12.2006
Приведены результаты исследований горячей штамповки порошковых заготовок при получении конструкционных титановых материалов различного эксплуатационного назначения.
The results ofresearch of hot stamping ofpowdered billets in process ofproduction of structural titanium materials for different operational designation are given.
УДК 669.14
А. В. Федьков, канд. техн. наук В. А. Федьков, канд. техн. наук В. И. Минакова
ООО " Запорожсталь", Национальный технический университет,
г. Запорожье
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАЛИ ДЛЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Разработана технология получения низкого содержания серы в индукционной печи. Снижение серы в стали 35Х06СЛ с 0,028 % до 0,006 % позволило повысить ударную вязкость в 1,7раза. Установлены зависимости модифицирования ЩЗМ и РЗМ от содержания серы в металле.
Проблема создания износостойких экономно-легированных сталей взамен низколегированных, содер-жаших такие дефицитные дорогостояшие элементы, как никель, молибден, вольфрам, медь и др., является весьма актуальной.
Проведенным анализом было установлено, что работоспособность горно-металлургического оборудования - экскаваторов, молотковых дробилок, тяжелых импортных бульдозеров определяется стойкостью литых зубчатых венцов, кремальерных шестерен и реек, молотков, коронок, секторов барабанов прокатных станов. Эти детали работают в тяжелых условиях удар -но-абразивного износа, высоких удельных давлений, знакопеременного нагружения при положительных и отрицательных температурах, а также термоциклического воздействия температур от 750 до 120 °С.
По вине перечисленных деталей простои экскава-
торов и тяжелых импортных бульдозеров составляют около 50 %, молотков дробилок - 70 %, прокатных станов - 25 % от обшего числа простоев, а материальный ушерб исчисляется сотнями тысяч гривен.
Анализ механизма разрушения перечисленных деталей показал, что основными источниками микротре-шин, приводяших к разрушению, являются неметаллические включения и, в первую очередь, сульфиды и оксисульфиды.
В связи с этим была поставлена задача создания износостойких сплавов и разработка методов нейтрализации отрицательного влияния этих включений с целью повышения надежности и долговечности работы горно-металлургического оборудования.
В настояшее время для кремальерных шестерен, зубчатых венцов, реек экскаваторов, молотков дробилок, импортных тяжелых бульдозеров широко приме-
© А. В. Федьков, В. А. Федьков, В. И. Минакова, 2007
