Титановые деформируемые полуфабрикаты

В настоящее время из титана и титановых, сплавов выпускаются все стандартные виды полуфабрикатов: слитки, листы, ленты, плиты, прутки, проволока, прессованные профили, бесшовные и сварные трубы, поковки и штамповки.

Среди зарубежных продуцентов полуфабрикатов из титана и титановых сплавов ведущее место занимают США, за ними следуют Япония, Великобритания.

Основное количество титановых полуфабрикатов, выпускаемых в США, составляют поковки и штамповки (50-55% в разные годы). От общего выпуска титановых полуфабрикатов доля плоского проката (лент, листов и плит) составляет 21-23%, прутков и проволоки — 18-20%, прессованных профилей — 3,5-4,5%, бесшовных и сварных труб — 3,5-4%, геттеров в виде губки и порошка — 0,5%.

Отечественной промышленностью, как и за рубежом, выпускается широкая номенклатура деформированных полуфабрикатов:

плиты 11-150 х 400-1000 х 1500-7000 мм; листы 0,2-0,8 х 400-1200 х 1500-5000 мм; лента 0,1-1,5 х 20-600 мм в рулонах; фольга 0,05-0,08 х 20-300 мм в рулонах; проволока диам. 1-8 мм; прутки диам. 4-150 мм;

трубы горячепрессованные, горячекатаные, холоднокатаные, сварные диам. от 6 до 325 мм; профили прессованные, калиброванные с диаметром описанной окружности до 200 мм и дли­ной до 6,5 м;

профили крупногабаритные, в том числе с законцовкой шириной до 400 мм; кольца цельнокатаные и сварные диам. до 2250 мм; штамповки с площадью в плане до 15000 см².

Номенклатура сплавов

Технически чистый титан ВТ 1-00 и ВТ 1-0

Жаропрочные сплавы ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ25, ВТ25у, ВТ18, ВТ18у, ВТ18уоп

Сплавы средней прочности ОТ4-0, ОТ4-1, От4, ВТ6, ВТ14, ВТ5-1, ВТ20

Сплавы высокой прочности ВТ22, ВТ23, ВТ15, ВТ30

Коррозионностойкие сплавы 4200, 4201,4205, 4207

Освоенная номенклатура полуфабрикатов, сплавов, их качество в состоянии удовлетворить самые разнообразные запросы потребителей.

Для производства плоского проката изготавливают слябы с размерами от 150x650x1070 до 240x1600x2400 мм и массой от 450 до 4000 кг.

Рулонная прокатка титана и его сплавов, являющаяся основной при производстве традиционных металлов (стали, сплавов на основе алюминия, меди, цинка), имеет ряд особенностей, обусловленых свойствами титана: пониженной деформируемостью, высоким пределом текучести, высоким уровнем упругой энергии, активным взаимодействием с кислородом и водородом и др. на стадии получения горячекатаной заготовки необходимого качества. Ее толщина (прокатываемая в основном в β-области) должна обеспечивать 50% последующей деформации в холодном состоянии — главное условие достижения заданных механических свойств в готовых листах. Станы для прокатки листов и плит из титана характеризуются повышенной жесткостью, способностью создавать высокие удельные усилия.

Промышленная технология производства листов из титана и титановых сплавов рулонным способом включает: нагрев слябов толщиной до 300 м, шириной до 1350 мм, массой до 4,5т в электрической печи при температуре 850-1100°С; прокатку на черновой клети стана 2000 на полосу толщиной 18-22 мм; подогрев в газовой печи при температуре 950-1000°С; прокатку на чистовой клети с подогревом при температуре 1000-1100°С и со сверткой в рулоны. Иногда для исключения обычной холодной прокатки применяют винтовую прокатку, которая позволяет уже в горячем состоянии получать изделия с формой, размерами и точностью, близкими к готовому изделию.

Ведущий в России продуцент полуфабрикатов и изделий из титана и титановых сплавов — АО ВСМПО выпускает их в соответствии с ГОСТ 19807-91 для отечественных потребителей, а также значительную часть для зарубежных партнеров, среди которых как крупнейшие производители и дистрибьюторы изделий из титана и его сплавов, так и аэрокосмические фирмы Boeing, General Electric Aircraft Engines.

К настоящему времени в АО ВСМПО получены сертификаты зарубежных фирм - производителей аэрокосмической техники и автомобилестроения Boeing, Shultz Stell Company, Wyman Gordon, General Electric Aircraft Engines (США), Aerpspatiale и Snecma (Франция), British Aero­space,Rolls-Royce и Lloyds Register (Великобритания), Daimler-Benz Aerospace (Германия) и др. Проводятся работы по достижению соответствия системы качества полуфабрикатов, выпускаемых АО ВСМПО, положениям стандартов AS-9000 и S-1000C компании General Electric Aircraft En­gines.

Это предприятие признано фирмой TUV-CERT допущенным поставщиком для производства металлургических полуфабрикатов из технически чистого титана и алюминиевых сплавов по требованиям AD Merkblatt WO/TRD (для котлов, сосудов и трубопроводов, работающих под давлением).

Технология производства полуфабрикатов включает: ковку слитков, прокатку листов и лент с промежуточной термической обработкой, травление и отделку.

Ковка

При плавке в основном получают слитки круглого сечения, которые перед прокаткой превращают в прямоугольные заготовки ковкой на молотах, прессованием на вертикальных прессах и (реже) сортовой прокаткой в калиброванных валках на станах типа слябинга. Металл предварительно нагревают до температуры 850-980°С для технически чистого металла, до 900-1040°С —   для двухфазных сплавов типа  α+β и до 1040-1100°С — для сплавов типа α, содержащих алюминий и олово и менее подверженных окислению (табл. 1).

Слитки нагревают в муфельных печах с газовым или электрическим нагревом, в которых поддерживается нейтральная атмосфера, не содержащая продуктов сгорания во избежание насыщения титана водородом. Применяют также установки индукционного нагрева. Для уменьшения насыщения титана газами атмосферы применяют двухступенчатый режим нагрева слитков: предварительный нагрев до температуры 650-760°С с невысокой скоростью (около 6 мин на 1 см сечения), затем нагрев до температуры ковки 870-1010°С со скоростью 12-60 с на 1 см сечения).

Ковка проводится на прессах усилием до 7000 т, пневматических молотах с массой падающих частей до 15 т, а также на ротационно-ковочных машинах. При обработке двухфазных титановых сплавов α+β между нагревами допускается ковка с деформацией до 50%. Ковка чистого титана заканчивается при температуре около 790°С, ковка титановых сплавов — при 760-870°С. Поковки двухфазных титановых сплавов отжигаются при температуре около 650-750°С с последующим охлаждением на воздухе или с закалкой в воду (в зависимости от марки сплава).

Прокатка листов и лент

 Титановые листы производят как листовым, так и ленточным методами, на заводах США почти все размеры титановых листов — ленточным способом. При листовой прокатке для получения листов необходимой ширины и устранения анизотропии свойств применяют прокатку с кантовкой листа, то есть с изменением направления прокатки на 90°. Горячекатаные полосы разрезают на карты, которые подвергают дробеструйной очистке с целью удаления хрупкого поверхностного слоя титана, насыщенного кислородом, азотом и водородом. Глубокие местные дефекты, выявившиеся после этой обработки, удаляют ручной зачисткой бормашинками с абразивными кругами.

Горячая прокатка листов из титана и титановых сплавов проводится на реверсивных и полунепрерывных ленточных станах, применяемых для прокатки легированных и качественных сталей. Так, на заводе в г. Мидленд горячая прокатка осуществляется на двухклетевом реверсивном стане 1680 мм. В линии стана установлены реверсивная двухвалковая обжимная клеть типа слябинга с валками диам. 813x1750 мм с вертикальными валками диам.710х732 мм и манипуляторными линейками; гильотинные ножницы для обрезки концов слябов и полос; реверсивная четырехвалковая отделочная клеть для рулонной прокатки с валками диам. 685/1240x1680 мм, дву­мя моталками и двумя газовыми печами, установленными над моталкой; вспомогательное обору­дование в конце линии стана (свертыватель и кантователь рулонов, весы, гильотинные ножницы 1520 мм, правильные машины и дисковые ножницы). Параллельно с линией стана в соседнем пролете находится оборудование для зачистки слябов, плит и листов. Применение переднего и задне­го натяжения на стане горячей прокатки позволяет получать тонкую ленту с хорошим качеством.

Размеры серийно выпускаемых в США титановых листов — 610-1500 х до 6000 мм при мини­мальной толщине 0,2 мм, лент — 0,1-1,5 х 4,76-610 х 1500-6100 мм, плит — 9,5-150 х 1524-3000 х 3000-15200 мм.

Для ленточной прокатки титана применяют станы кварто 1270; 2000 мм; шестивалковые станы для прокатки лент шириной до 1245 мм; 12-валковые станы 914 мм (прокатка до толщины 0,38 мм); 20-валковые станы Сендзимир 800-1500 мм; 20-валковые станы с диаметром рабочего валка 21 мм (прокатка ленты титана шириной 75-200 мм с толщины 1,5 мм до 0,013 мм) и ряд других станов.

Минимальная толщина фольги, выпускаемой в США, составляет 3 мкм. Прокатка такой фольги проводится на небольших ленточных станах кварто (например, стан с валками диам. 47,5/203x203 мм для прокатки фольги толщиной до 50 мкм) и на 20-валковых станах. Применение рабочих валков малого диаметра позволяет достичь значительных степеней обжатия без промежуточного отжига. Жесткая конструкция 20-валковых станов позволяет получать фольгу с высокой точностью прокатки, в том числе фольгу толщиной 13 мкм с допуском +2,5 мкм при ширине фольги до 200 мм. Высокое качество проката обеспечивает также применение твердосплавных рабочих валков многовалковых прокатных станов.

Возможно получение титановой фольги с помощью химической технологии — глубоким травлением, однако при этом наблюдаются значительные отклонения размеров, несплошности, водородная хрупкость, качество поверхности невысокое. Сочетание механической и термической обработки (холодная прокатка с последующим отжигом) обеспечивает высокий уровень механических, геометрических и структурных характеристик, варьируемых в зависимости от предъявляемых требований. Таким методом получают также фольгу из композитного материала на базе алюминида титана и титановых сплавов.

Холодная прокатка титана и особенно титановых сплавов требует частых промежуточных отжигов при температуре 500-900°С.

Изделия из титана и титановых сплавов подвергают следующим видам термической обработки:

отпуску — для снятия напряжений, возникших в металле в результате обработки давлением;

отжигу — для полного смягчения нагартованного металла и получения максимальной степени пластичности в результате рекристаллизации;

закалке и старению — для заметного повышения прочности полуфабрикатов из титановых сплавов без большого снижения пластичности.

Обычно для термической обработки проката из титана и его сплавов используют печи, аналогичные печам для отжига стали с электрическим, газовым или мазутным нагревом. Чаще применяют печи с электрическим нагревом, так как в них легче устранить насыщение металла водородом. На многих заводах применяют вакуумные печи для отжига титановых изде­лий, особенно тонких листов и тонкостенных труб. При вакуумном отжиге из твердого раствора титана удаляется водород. Остаточное давление в вакуумных печах для отжига титанового проката составляет от 0,07 до 0,40 Па; в печах лабораторного типа разрежение — 0,013 Па.

Для промежуточного межоперционного отжига титановых листов также применяют проходные электропечи с роликовым подом. Они обеспечивают большую равномерность свойств по длине и ширине каждого листа и всех листов в партии и сокращают до минимума время пребывания металла в печи по сравнению с садочными печами. При этом на поверхности листов образуется очень тонкий и равномерный оксидный слой, легко удаляемый травлением после отжига. В таких печах возможен отжиг лент шириной 1,22 м и минимальной толщиной 0,25 мм.

Для закалки титановых изделий применяют вертикальные электрические или пламенные печи с окислительной атмосферой, точным температурным контролем и водяным закалочным баком, находящимся под печью, по типу печей, применяемых для закалки изделий из дюралюмина. Закалку листов титановых сплавов в США осуществляют в проходных электропечах с роликовым подом и охлаждающим устройством со стороны выхода. Листы проходят через печь в течение 3-5 мин, охлаждаются разбрызгиванием воды из сопл, расположенных сверху и снизу, и поступают в роликовую правильную машину для устранения коробления в свежезакаленном со­стоянии.

Для старения изделий из титановых сплавов в США применяют электрические или пламенные муфельные печи с искусственной циркуляцией воздуха. Температура старения — 480-580°С, при этом не требуется применение защитной атмосферы для предохранения титана от окисления.

Для очистки титановых листов и плит от поверхностных слоев, взаимодействовавших с атмосферными газами и имеющих повышенную хрупкость, применяют механические и химические способы. В качестве механических способов применяют обдувку дробью или частицами абразива (сухими или мокрыми). Дробеструйной очистке подвергают горячекатаные листы и плиты титана и его сплавов с грубой коркой оксидов на поверхности.

Поверхность горячекатаных листов и лент из титана и титановых сплавов перед холодной про­каткой в США очищают шлифованием на станках, имеющих бесконечную движущуюся матерчатую ленту, покрытую мелким абразивом (оксидом алюминия или карбидом кремния). Скорость движения шлифовальной ленты — 335-450 м/мин. На поверхность титановой ленты обильно по­дается смазка, что обеспечивает защиту титана от окисления.

После механической очистки, во время которой нарушается плотность оксидной корки, обычно проводится травление листов в кислотных растворах или в расплавленных щелочах. Наиболее широко применяется травление титановых полуфабрикатов в смеси азотной и плавиковой кислот. Оно используется для очистки и осветления поверхности титана, имеющего неболь­шой окисленный поверхностный слой, а также в качестве последней стадии очистки после меха­нического удаления оксидов или травления в расплавленных солях.

Для получения проката из титана и титановых сплавов с улучшенной смазывающей поверхностью и уменьшения поверхностного трения применяют обработку в водном растворе, содержащем фосфат цинка, при температуре 30-80°С, pH 1-5 и концентрации ионов цинка 5-20 г/л. При этом на поверхности получают покрытие из фосфата цинка, составляющее 2-20 г/м².

Для производства полос из чистого титана или сплава типа α+β с хорошим качеством поверхности и обладающих высокой свариваемостью и паяемостью применяют никелевое покрытие, которое наносят перед горячей прокаткой сляба, или холодной прокаткой горячекатаной полосы, или отжигом холоднокатаной. Такое покрытие предотвращает появление царапин на поверхности.

Сортовая прокатка. Сортовую прокатку титана и титановых сплавов проводят как на мелкосортных двухвалковых станах для прокатки стали, так и на специализированных станах для прокатки титана. На таких станах возможна прокатка прутков диам. от 6,4 до 127 мм и профилей простых сечений из титановых сплавов. На заводе в г. Уонерлвидд фирмы Imperial Metal Industries (Великобритания) семиклетевой сортопрокатный стан используют для прокатки прутков в основ­ном из сплавов с высокой ползучестью марок Ti 314С; Ti 314А; Ti 679 (комплексный сплав титана с оловом, алюминием, цирконием, молибденом и кремнием) и ЕХ 013-С (сплав титана с оловом, алюминием, молибденом кремнием).

В последнее время получили распространение сортопрокатные станы фирмы Danieli, США. На заводе в г. Монро (Северная Каролина) фирмы Teledyne Allvac на таком стане изготовляют круглые прутки из титановых сплавов диам. 21,7-102 мм (в бунтах — прутки диам. 5,5-35 мм), шестигранные, плоские сечением от 38x11 до 127x9 мм в отрезках длиной 7,6-18,3 м. В 1991 г. на заводе в г. Ричбург (шт. Южная Каролина) этой фирмы введен в эксплуатацию новый 16-клетевой мелкосортно-проволочный стан Даниэли, 12 клетей которого — нестационарные и могут быть вы­ведены из линии прокатки в зависимости от конечного размера продукции. Кованая круглая (диам. 144,8 мм) или квадратная (127x127 мм) со скругленным углами заготовка массой до 1,36 т по­ступает с завода в Монро. Заготовку нагревают в индукционной печи длиной 47,9 м и мощностью 12 МВт фирмы Ajax Magnethermic в среднем в течение 7 мин при температуре 870-1205°С. После  прокатки продукция подвергается (в зависимости от предъявляемых требований) охлаждению на воздухе, закалке в воду либо замедленному охлаждению. На стане выпускают круглые прутки диам. 12,7-101,6 мм; катанку диам. 12,7-69,8 мм и проволоку диам. 5,6-15,9 мм (в бунтах) из нелеги­рованного титана и титановых сплавов. Точность размеров в пределах ¹/2 - ¹/4 по стандарту ASTM, США. Все операции на стане полностью компьютеризованы и автоматизированы и выполняются с высокой степенью технологической гибкости. Информация по всей технологической цепочке выведена на пульт управления, которым управляет единственный оператор. Перевалка валков и замена клетей роботизированы. Весь персонал (численностью не более 15 человек) имеет высшее образование.

Прессование титана

 Прессование позволяет получать профили и трубные заготовки из титана и титановых сплавов. Прессованные полуфабрикаты из титана в промышленных масштабах выпускаются в США, Великобритании и Японии. Заготовками обычно служат обточенные кованые слитки круглого сечения, которые прессуются на горизонтальных прессах на профили и трубную заготовку. Мелкие трубы прессуются на вертикальных прессах из обточенных шашек с просверленным внутренним отверстием. На горизонтальных прессах усилием от 850 до 7200 т произ­водят прутки диам. до 114 мм и трубы диам.432 мм, а также профили шириной до 254 мм.

Предварительный нагрев осуществляют в индукционных установках промышленной или высокой частоты; в нагревательных печах обычного типа, электрических или пламенных с защитной атмосферой из инертного газа или без неё; в печах-ваннах с расплавленными солями.

При индукционном нагреве обеспечивается максимальная скорость нагрева слитков, так как тепло генерируется во всей толщине нагреваемых изделий. Для нагрева слитков диаметром менее 100 мм применяют ток высокой частоты, для заготовок больших диаметров — ток промышленной частоты (50-60 Гц). Иногда слитки перед прессованием нагревают в индукторах с кожухом, запол­ненным аргоном, для защиты титана от окисления.

Многие фирмы для смазки контейнера, матрицы и прошивной иглы пресса применяют стекло, механические смеси минерального масла с графитом, дисульфидом молибдена, слюдой, алюминиевыми чешуйками, смазки на мыльной основе, осуществляют также прессование в медной оболочке или с керамическим покрытием титановой заготовки.

Прессованные профили из титана и его сплавов производят разнообразной формы, в том числе полые с максимальным диаметром описанной окружности 300 мм и длиной до 12 м. В процессе прессования используют керамическое покрытие матриц, стеклосмазку на боковой поверхности заготовки, наносимую обкаткой слоя порошка, горячую правку на растяжной машине с одной поворотной головкой и контактным нагревом. Такие профили находят применение в самолетострое­нии, а также в качестве материала для изготовления сварных колец в авиационных двигателях.

Наряду с традиционным прессованием (экструзией) применяют ударное скоростное (динами­ческое) прессование (Dynapack) через матрицу на ковочной машине и гидростатическое прессова­ние (холодное и горячее), а также горячее изостатическое прессование (ТИП).

При динамическом прессовании скорость прессования достигает 12,7 м/с. Радиус закругления углов у получаемых при этом профилей составляет всего 0,5 мм по сравнению с 1,6-6,4 мм при обычном прессовании, степень вытяжки — 5:1.

При гидростатическом прессовании холодный титановый слиток продавливается через матри­цу жидкостью сверхвысокого давления (до 32,4 кПа). При этом способе прессования даже хрупкие материалы приобретают высокие пластические свойства. Обжатие титановых сплавов достигает 65% без заметного снижения пластичности. Металл не насыщается атмосферными газами. Его предел прочности увеличивается в результате такой деформации.

Производство труб

 В настоящее время из титана изготавливаются трубы в широком диапа­зоне размеров. Заводы США, Великобритании и Японии поставляют на рынок титановые трубы диам. от 0,3 до 670 мм, толщиной стенки 0,05-5 мм и длиной до 30 м. Трубы производятся как из чистого титана, так и из ряда сплавов (Ti-2Al-2Mn, Ti-4Al-4Mn, Ti-5Al-2,5Sn и других).

Стандартные бесшовные трубы диам. 63,5 мм с толщиной стенки 10,9 мм и диам. 44,4x7,6 мм с минимальным отклонением по толщине изготавливают прессованием на экструзионных прессах.

Прессованная трубная заготовка с толщиной стенки 4 мм и более используется обычно для из­готовления труб диам. 12,7-20,3 мм холодной прокаткой в калиброванных валках пильгерных станов (типа ХПТ или Рокрайт) и волочением. При прокатке обжатие за 1 проход составляет 65%.

В промышленных масштабах используют трубопрокатные станы типа 2,5; 1 дюйм и др. В ре­зультате прокатки получают трубы с минимальным диаметром до 19 мм и толщиной стенки до 0,7 мм. Затем проводят теплое волочение на оправке с обжатиями 10-20% за проход (40-60% между отжигами) и холодное — с обжатиями 20% за проход (40-50%). Для отделочных проходов жела­тельно применение холодного волочения, которое возможно не для всех сплавов титана. Исполь­зуют одно- и трехниточные волочильные станы усилием 27,5-67,5 т. На них получают трубы длиной до 7 м, диам. 6-50 мм с минимальной толщиной стенки 0,6 мм.

Для предохранения от поглощения водорода титановые трубы применяют отжиг в электропе­чах, индукционный отжиг, в особых случаях — вакуумный. Промежуточный и отделочный отжиг труб проводят также в проходных печах с роликовым подом, обогреваемых радиационными трубками с газовыми горелками внутри. После обжига трубы травят в смеси растворов серной и плавиковой кислот.

Точные тонкостенные трубы большого диаметра из титана производят холодной прокаткой на стане поперечной прокатки на оправке. На стане можно прокатывать трубы диам. 76-670 мм с толщиной стенки 0,38-3,8 мм. Длина труб составляет 10,4-12,8 м, максимально возможная длина

—    30,5 м. Трубы имеют высокое качество поверхности. Кованая заготовка из титана длиной около

1,5 м рассверливается на требуемый внутренний диаметр, обтачивается на токарном станке, под­вергается хонингованию для удаления следов механической обработки и подается на стан попе­речной прокатки. На этом стане толстостенная трубная заготовка раскатывается тремя валками, расположенными под углом 120° друг к другу, на вращающейся цилиндрической оправке. Трубы раскатывают с большим числом проходов с промежуточными отжигами. Проверка на герметич­ность проводится сухим азотом под давлением до 2,03 МПа.

Производство сварных труб

 Сварные титановые трубы изготовляют из холоднокатаной лен­ты высокочастотной сваркой. Сварные трубы подвергаются волочению на размеры диам. 12,7x0,3 мм и диам. 9,5x0,7 м. При этом они ведут себя как прессованные. Прочность сварных титановых труб с толщиной стенки 0,71 мм равноценна прочности бесшовных труб из нержавеющей стали со стенкой 1,24 мм, медно-никелевых со стенкой 2,1 мм и графитовых со стенкой 9,5 мм, а коррози­онная стойкость их существенно выше.

Оборудование для производства сварных труб включает трубосварочный агрегат, вакуумную печь отжига, проходную травильную установку, установки ультразвукового контроля качества труб и рентгеновского просвечивания труб и линию гидростатического испытания труб.

Наряду с тонкостенными сварными трубами производят также и толстостенные титановые трубы. Так, на новом норвежском заводе в г. Гломфиорд фирмы Permipipe Titanium (совместного предриятия фирм RMI Titanium, США, и Permascand, Швеция) производят титановые трубы диам. 152,4-1016 мм с толщиной стенки 2-35 мм для морских нефтяных платформ. Наиболее широко применяются трубы диаметром 203,2; 254; 304,8; 406,4 мм. Используемое на заводе оборудование включает высокоскоростную линию формовки и плазменной сварки труб, пресс усилием 2500 т для резки труб на отрезки длиной до 9 м, токарные станки. Исходная заготовка поставляется фирмой RMI .

Производство проволоки. В США и Великобритании проволоку диам. от 8,25 до 1 мм произ­водят из технически чистого титана и ряда титановых сплавов: Ti-6A1-4V; Ti-3AI-5Cr; Ti-4Al-4Mn; Ti-5Al-2,5Si; Ti-8Al-lMo-l V диаметром от 12,7 до 0,1 мм. В значительных количествах изготовля­ется сварочная проволока, применяемая как присадочный материал при сварке титановых конструкций и узлов машин.

Проволоку из титана и его сплавов производят волочением горячекатаной или прессованной проволочной заготовки с промежуточными отжигами и травлениями

Основная трудность при изготовлении титановой проволоки — налипание металла на воло­чильный инструмент из-за склонности титана привариваться к другим металлам, особенно при скольжении под давлением.

Для предохранения от налипания при волочении применяют очень вязкие или полутвердые смазки в сочетании с тонкой оксидной плёнкой, наносимой на поверхность проволоки анодной обработкой. Скорость волочения титановой проволоки на однобарабанной волочильной машине меняется в диапазоне 30-450 м/мин. Отжиг проволоки между операциями волочения производится в вакууме.

Производство поковок и штамповок. Выпускаются титановые поковки самой сложной кон­фигурации и больших размеров, в том числе детали ротора вертолетов, поковки для деталей кор­пусов ракетных двигателей, баки для окислителя ракеты, ажурная титановая штамповка для рамы ветрового стекла сверхзвукового самолета-бомбардировщика, фюзеляжные переборки, цилиндры, цапфы и оси шасси. Вес некоторых из этих поковок достигает 700 кг, площадь в плане — до 3 м² и более. Такие поковки изготовляют на прессах усилием 45-50 тыс. т.

В большом количестве выпускаются титановые поковки и штамповки массой 20-25 кг с высо­кой степенью точности. Изготовляются детали с толщиной стенки до 5 мм с очень жесткими до­пусками на размеры, что позволяет применять эти детали без механической обработки.

Преимущество ковки перед сваркой, отливкой или сборкой из отдельных узлов — направление волокон металла точно совпадает с контуром готовой детали. Ковкой изготовляют также трубы диам. 356 мм с толщиной стенки 12,7 мм и длиной 7,7 м. Для ковки и штамповки используют вер­тикальные гидравлические ковочно-штамповочные прессы усилием от 600 до 45000 т, механиче­ские ковочные прессы усилием 5500 т и менее и ковочно-штамповочные молоты с массой падаю­щих частей от 450 кг до 16 т. Удельное давление ковки — 45-70 кПа.

Новые способы производства титановых полуфабрикатов

 Среди перспективных новых процессов изготовления полуфабрикатов из титана и титановых сплавов следует отметить процессы лазерного формования деталей, твердожидкой обработки титановых сплавов.

Процесс лазерного формирования состоит в формовании высококачественных деталей из титановых сплавов подачей легированных или смеси элементарных порошков в зону лазерного пучка без применения инструмента, штампов или форм. Таким методом можно изготовлять цилиндры, конусы, бобышки и приливы, кольца, диски и панели с ребрами, профили уголкового, таврового и других сечений, биметаллические изделия, разнообразные формы, изготавливаемые в настоящее время методами штамповки и литья. Этим методом можно ремонтировать различные детали путем местного наращивания. Наибольшее развитие метод получил благодаря работам фирмы Aeromet (США). Установка для лазерного формования имеет лазерную пушку мощностью 16 кВт, камеру размерами 3x3x1,2 м, оснащенную системой управления процессом формования фасонных изделий. Скорость наращивания изделий — 1-7 кг/ч, обрабатываемые сплавы — ВТ1, ВТ5-1 и др. Главное преимущество процесса — возможность избежать изготовления штампов и другого инструмента, значительно сократить время поставок (на 50-75% и более) по сравнению со штамповкой, уменьшить расход металла на 90% и более. Исследования качества металла показали его полную плотность, стабильный заданный химический состав при удовлетворительном, достаточно низком, содержании кислорода и водорода, высокие свойства при испыта­ниях на растяжение, усталость, вязкость разрушения.

Процесс твердожидкой обработки титановых сплавов, разработанный фирмой Concurrent Technologies Corporation (США), предназначен для получения заготовок, по форме, массе и свойствам близких к готовым деталям, с целью исключения α-слоя, устранения операции горячего изостатического прессования. Материал, используемый для такого процесса, должен обладать хорошими литейными свойствами, сопротивлением горячему отпотеванию (выделению жидкой фазы на поверхности), мелкозернистой структурой, низкой температурой плавления. В работе использованы сплавы Timet 5111, IMI 230 и специальный сплав фирмы. Экспериментальная установка состоит из подающего конвейера, станции нагрева в инертной атмосфере с вращающимся столом, источника тока, машины литья под давлением 20-40 МПа и усилием 600 т, вакуумной системы, передающего и разгрузочного роботов.

Химический состав титана и титановых сплавов

В табл.2 - 3 приведен химический состав титана и деформируемых титановых сплавов по ГОСТ 19807-91 и ОСТ 1 9207-91, предназначенных для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформирования, а также слитков.

Табл. 2. Химический состав титана и сплавов титановых деформируемых по ГОСТ 19807-91, %