Прогрессивные технологии производства конструкций летательных аппаратов из титановых сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Р. Х. САЙДАХМЕДОВ

ТАШКЕНТ 2005

Сайдахмедов Р. Х. Прогрессивные технологии производства конструкций летательных аппаратов из титановых сплавов: Учеб. пособие - Ташкент: Изд-во ТГАИ, 2005. - 54 с.: ил.

Описаны прогрессивные технологии производства титановых самолетных деталей. Отражены особенности обработки титановых деталей, рассмотрены конструкционные и технологические свойства титановых сплавов, описаны технологические процессы, оборудование и оснастка, применяемые при производстве самолетов. Особое внимание обращено на новые перспективные технологические способы изготовления самолетных деталей.

Учебное пособие предназначено для студентов магистратуры, по авиационным специальностям, специалистов заводов, КБ и НИИ отрасли, может быть также полезно и для аспирантов вузов.

Табл.-10, ил.-7, библиогр. - 24 назв.

Рецензенты:

Доцент кафедры «Автомобилестроение и современные технологии» ТАДИ к.т.н. Таджиев А.Т.

Доцент кафедры «Технология производства летательных аппаратов» ТГАИ к.т.н. Акбаров М.М.

© Ташкентский государственный авиационный институт, 2005

Утверждено методическим советом ТГАИ 9 июня 2005 г.

Сайдахмедов Равшан Халходжаевич

Прогрессивные технологии производства конструкций летательных аппаратов из титановых сплавов.

Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л. 3,5. Тираж 50.

Типография ТГАИ

ул. Шахрисабз, 25

Ташкент, 700047

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы все большее применение в конструкциях летательных аппаратов находят титановые сплавы, так как они обладают значительно большей удельной прочностью по сравнению со сталями, а при рабочих температурах выше 150°С - и по сравнению с алюминиевыми сплавами. Титановые сплавы незаменимы для конструкций сверхзвуковых самолетов. Однако титановые сплавы менее технологичны по сравнению со сталями и алюминиевыми сплавами, (плохо обрабатываются резанием, под давлением, плохо свариваются), что препятствует их более широкому применению в авиации. Тем не менее в НИИ ОКБ объем применения титановых сплавов в конструкциях ЛА растет. На отдельных предприятиях, в научно-исследовательских институтах, опытно-конструкторских бюро накоплен достаточный опыт изготовления титановых конструкций. Целью книги является ознакомление специалистов, студентов, аспирантов с последними достижениями в области изготовления конструкций из титановых сплавов.

В настоящей книге описана технология производства титановых деталей. Пионерами в промышленном освоении титановых сплавов в самолетостроении были ОКБ им. А.Н. Туполева, А.И. Микояна, П.О. Сухого. Большая заслуга в этом отношении принадлежит генеральным конструкторам А.Н. Туполеву, А.И. Микояну, М.И. Гуревичу, П.О. Сухому, А.А. Туполеву, Р.А. Белякову, М.П. Симонову и др. Значительный вклад в металлургию и металловедение титана, технологию создания авиационных конструкций из титана внесли Н.П. Сажин, В.А. Ливанов, А.Ф. Белов, С.Г. Глазунов, В.И. Добаткин, Н.Ф. Аношкин, И.И. Корнилов, С.А. Вигдорчик, В.В. Тетюхин, Г.Л. Ходоровский, К.К. Ясинский, Б.Е. Патон, С.М. Гуревич. Промышленное освоении титановых деталей и конструкций осуществлялось и на Ташкентском авиационном производственном объединении им. В.П. Чкалова. В частности многие детали самолёта ИЛ-76 и ИЛ-114 изготовлены из титановых сплавов, освоена технология их обработки. Например, впервые на ТАПОиЧе разработана технология изготовления стойки шасси самолета Ил-76 из титанового сплава.

Автор надеется, что изложенные в книге материалы помогут студентам бакалавриатуры, магистратуры, аспирантам, научным работникам, а также специалистам занимающимся применением титановых сплавов в авиастроении в своей дальнейшей деятельности.

Автор приносит глубокую благодарность доц. Таджиеву А.Т. и доц. Акбарову М.М. за рецензирование данной работы.

Автор с признательностью примет замечания читателей по содержанию книги.

ГЛАВА 1. применение титановых сплавов в самолетостроении

Титан впервые открыт в виде диоксида в 1791 г. англичанином Грегором. Белый оксид неизвестного металла был назван менакканум. В 1795г. немецкий химик Клапорт, проанализировав красные пески в Венгрии, обнаружил в них металл, который назвал титаном. В последствие (1797 г.) Клапорт установил, что неизвестный металл из черных песков Англии, из красных песков Венгрии и коричневых минералов Испании представляет один и тот же новый химический элемент, получивший название титан. Титан долгое время не находил практического применения из-за его хрупкости. Полученный в 1925 г. Ван Аркелем и де Буром иодидным методом (очистка титана иодом) чистейший титан оказался пластичным и технологичным металлом со многими ценными свойствами, которые привлекли к нему внимание широкого круга конструкторов и инженеров. В 1940 г. Кролль предложил магниетермический способ извлечения титана из руд, который является основным и в настоящее время. Первая промышленная партия титана массой 2 т была получена в 1948 г., и этот год считается началом практического применения титана.

Мировое производство титана (без СССР) составило 2100 т в 1953 г., 22000 т в 1966 г., 55000 в 1981 г. и примерно 44000 т в 1988 г., 66000 т в 1996 г.

Производство титана в СССР началось 1950 г. и нарастало довольно быстро. В 1960-1990 г. в СССР было создано крупнейшее в мире производство титана и его сплавов. В конце 1980-х годов объем промышленного производства титана в СССР превышал объем его производства во всех остальных странах мира вместе взятых. С 1990 г. производство титана в СССР начало сокращаться и в 1993 г. общий выпуск титановой губки составил немногим более 30% выпуска 1989 г. Следует отметить, что в этот период происходило существенное снижение объема производства слитков и проката в США и Японии. Снижение объема выпуска титана в бывшем СССР связано спадом производства в авиационной отрасли. Вместе с тем нет сомнений в том, что этот спад производства носит временный характер, поскольку титан и его сплавы по многим показателям превосходят другие материалы. Так, например ТАПОиЧ в 2004 г. выпустило 12 самолетов. Это существенный прирост производства самолетов по сравнению с предыдущими годами.

Титановые сплавы применяются для изготовления сварных узлов и штампованных деталей, работающих при температуре 300-500С, обшивок (ОТ4-1, ВТ5, ВТ20), силовых деталей каркаса планера, деталей шасси (ВТ-22), тяг, качалок основной системы управления и системы управления двигателями. В изделии ИЛ-76 из сплава ВТ22 изготавливают монорельсы, каретки закрылков, детали стоек шасси, силовые высоконагруженные кронштейны во всех системах и конструкциях самолета оси крепления кулачков микропереключателей на центральном пульте летчиков, в качестве усиливающих вставок в лонжеронах крыла, различных элементов жесткости - осей, вставок и тому подобных элементов.

Сплавы ОТ4, ВТ5, ВТ20 применяются преимущественно в виде листов, относятся к свариваемым сплавам. Они применяются для обшивки элеронов, предкрылков, носков крыла и оперения, в воздухозаборных каналах ВМТ (воздухозаборники масляного тракта) и выхлопных каналах мотогондол изделия ИЛ-114 и ИЛ-114-100. Сплавы ВТ5, ВТ6, ВТ16 - повышенной прочности, используются для объемной штамповки.

Титановый сплав ВТ19 используют для изготовления крепежных элементов- болтов, винтов, заклепок, используемых в местах соединения ответственных узлов и работающих в тяжелых условиях.

Особенно выгодным становится применение титановых сплавов в качестве обшивки на сверхзвуковых самолетах, так как использование там алюминиевых сплавов невозможно из-за высокого нагрева обшивки при сверхзвуковом полете в результате трения о воздух.

Титан обладает малой плотностью, большой удельной прочностью, необычайно высокой коррозионной стойкостью, значительной прочностью при повышенных температурах. Титан - ценный материал в ракетостроении и авиации, где выигрыш в массе играет доминирующую роль. Применение титановых сплавов в авиационной и ракетной технике наиболее целесообразно в интервале температур 250…600оС, когда легкие алюминиевые и магниевые сплавы уже не могут работать, а стали и никелевые сплавы уступают по удельной прочности.

В связи с ужесточением требований к повышению эффективности самолетов изменяются требования к ресурсу и массе конструкции планера. Изменение требований к экономичности самолетов привело к общей тенденции в мировом самолетостроении по увеличению ресурса проектируемых самолетов до 40 000 - 60 000 ч полета с одновременным неуклонным снижением массы конструкции планера, которая теперь приближается к 26--28 % от взлетной массы самолета.

Основные направления обеспечения требуемого ресурса и снижения массы конструкции планера состоят в следующем: применении крупногабаритных полуфабрикатов с высоким сопротивлением усталости материалов; использовании высокоресурсных соединений с высокой массовой эффективностью; разработке технологии создания конструкции, обеспечивающей сохранение или минимальное снижение служебных свойств исходных материалов.

Наиболее перспективными сплавами для силовых конструкций планера современного самолета являются титановые сплавы, обладающие более высокими характеристиками удельной прочности по сравнению с алюминиевыми сплавами и сталями, высокой коррозионной стойкостью и достаточным сопротивлением усталости и отличающиеся возможностью эффективного использования в условиях повышенных температур, при которых применение алюминиевых сплавов невозможно или нецелесообразно.

С учетом конструкционных особенностей силовых элементов конструкции планера (панелей, поясов, стенок, шпангоутов, балок, узлов, шасси и др.) для их изготовления требуются полуфабрикаты в виде плит, штамповок (поковок), литья, а также прессованных и катаных профилей, листов.

Проектирование усталостно-опасных элементов конструкций данного типа предъявляет к материалу требования высокой удельной прочности и пластичности при обеспечении наибольшей вязкости разрушения и наименьшей скорости распространения трещин. Для титановых сплавов удовлетворить эти требования можно с помощью создания необходимой структуры, обеспечиваемой различными схемами деформации и термической обработкой для различных полуфабрикатов, а также построением технологии изготовления деталей и узлов из титановых сплавов с учетом всех его специфических особенностей.

Массовая эффективность конструкции является одним из главных показателей её качества. Существенную роль в повышении массовой эффективности конструкции играет совершенство полуфабрикатов и выбор вида соединения конструктивных элементов, который часто определяется не только конструктивными задачами, но и технологическими возможностями материала конструкции. Из анализа равно-ресурсных конструкций стыка двух панелей следует, что наилучшей массовой эффективностью обладают сварные соединения, причем электронно-лучевая сварка (ЭЛС) дает значительные преимущества перед другими видами сварки. Поэтому одно из основных требований к выбору титановых сплавов для авиационных конструкций - их хорошая свариваемость.

При выборе материалов для планера самолета приходится учитывать многие факторы, определяющие надежность, безопасность, экономичность авиационной техники, а также летно-тактические характеристики. Основные факторы, которые нужно учитывать при выборе материалов для планера самолета, и характеристики материалов, соответствующие этим факторам, приведены в табл. 1.

Выбор материала для авиационных конструкций базируется на пределах прочности, текучести, сопротивлении конструкции усталости (концепции циклического напряжения и циклической деформации). В настоящее время этот подход к выбору материалов дополнен требованиями линейной механики разрушения с учетом вязкости разрушения и скорости роста усталостной трещины.

Перед проектированием самолета L-1011 фирмой "Локхид" авиационные компании оценили природу конструктивных недостатков, встречающихся при эксплуатации предыдущих транспортных самолетов. По единодушному мнению всех компаний, основные недостатки предыдущих самолётов были связаны с двумя явлениями: недостаточной усталостной выносливостью и коррозией.

Иногда полагают, что основное препятствие, сдерживающее более широкое применение титановых сплавов в самолётостроении, состоит в высокой стоимости исходного титана. В действительности этот фактор имеет второстепенное значение. Стоимость сырьевых материалов в истребителе из алюминиевых сплавов составляет всего 1% от стоимости машины. Если истребитель изготовить полностью из титановых сплавов, то стоимость сырьевых материалов составит 3,5%. Если стоимость титана понизилась бы наполовину, то стоимость истребителя уменьшилась бы всего на 1%. Таким образом, стоимость машины определяется в основном не стоимостью сырьевых материалов, а затратами на производство.

Таблица 1.

Характеристики материалов, обеспечивающие выполнение основных требований самолетостроения

Требования	Характеристика материала
Нагрузка	Прочность
Вибрация	Усталость, фреттинг, истирание
Температура	Ползучесть, длительная прочность, окисление, коррозия, тепловое расширение, теплопроводность
Окружающая среда	Общая коррозия, коррозия под напряжением, давление пара
Масса	Плотность
Жесткость	Модуль упругости, пластичность
Стабильность	Все характеристики
Безопасность	Удлинение, вязкость, однородность свойств, надежность
Экономичность	Стоимость материалов, производства, технического обслуживания; сроки эксплуатации

Процесс изготовления деталей и элементов конструкции из титановых сплавов более трудоемкий, чем из алюминиевых, в силу присущих титану технологических свойств. Высокая стоимость титановых деталей и конструкции обусловлена следующими факторами:

1) активным взаимодействием титана с газами при повышенных и высоких температурах, что приводит к необходимости защиты металла от этого взаимодействия при технологических процессах и применения в ряде случаев вакуумного отжига;

2) недостаточной технологичностью при обработке давлением, что приводит к повышению трудоемкости производства деформированных полуфабрикатов и снижению коэффициента использования металла (КИМ) (для титановых сплавов КИМ часто равен 0,10-0,20);

3) малой производительностью механической обработки (примерно 15% от производительности механической обработки алюминиевых сплавов);

4) высокой чувствительностью механических свойств титановых сплавов к типу и параметрам микроструктуры, что предъявляет строго регламентированные требования к технологическим параметрам для получения благоприятной структуры.

Таким образом, снижение стоимости титановых самолетных конструкций должно быть основано не только на уменьшении стоимости исходного титана, но и на совершенствовании технологии изготовления из них конструкций.

Титановые сплавы в самолетных конструкциях применяют:

а) как материалы, обладающие более высокими удельными характеристиками, по сравнению с алюминиевыми сплавами и сталями в обычных околозвуковых самолетах;

б) как материалы, для сверхзвуковых самолетов, если алюминиевые сплавы становятся неработоспособными, а стали не могут конкурировать с титановыми сплавами из-за меньших удельных прочностных характеристик.

Классификация силовых элементов конструкции и используемых для их изготовления полуфабрикатов представлена в табл. 2. Там же указаны относительные объемы применения различных полуфабрикатов.

Таблица 2

Вид полуфабрикатов и объем их применения для типовых силовых элементов конструкции Л.А.

Вид полуфабриката	Объем применения	Типовые силовые элементы
Плиты	70-80%	Панели
Штамповки	10-12%	Нервюра, фитинг
Прессованные профили	5-7%	Пояс, бимс, шпангоут
Прутки	3-5%	Крепеж, арматура
Листы	5-8%	Обшивка, профиль
	Отливки	2-3%

Размещено на http://www.allbest.ru/

Корпус, кронштейн

В бывшем СССР промышленное производство титана и его сплавов было начато в 1950--1955 гг. На изделиях самолета марки «Ту» начало применения титановых полуфабрикатов в конструкции самолетов относится к 1960-м годам. Общая масса титановых полуфабрикатов и деталей из них в самолетах, выпускаемых в 1970 и 1980-х годах, выросло примерно в два раза, по сравнению 1960-м годом. Значительно увеличилось применение штамповок и плит, в то же время существенно уменьшилось использование отливок и листов. Появились новые виды титановых полуфабрикатов, такие, как фольга - для сотовых конструкций, крупногабаритные горячекатаные профили - для силовых элементов крыла.

На фирме А.Н. Туполева плиты, профили, штамповки и поковки были впервые применены в изделиях выпуска 1960-х. (рис. 1).

Применение титановых сплавов в конструкции самолетов постоянно увеличивалось. Они стали неотъемлемым конструкционным материалом на современных самолетах Ту-204, Ил-114, Ил-76, Ил 96-300 (рис. 2).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В 1958 г. в конструкции самолета "Боинг-777" было применено менее 0,5% титановых сплавов от массы пустого самолета, а в "Боинге-777", построенном в 1995 г., масса титановых сплавов составила 8,5%. Ожидается, что применение титановых сплавов и впредь будет возрастать не только в конструкциях сверхзвуковых самолетов, но и крупных самолетов гражданской авиации. Удлинение профилей и лонжеронов по мере увеличения габаритных размеров самолетов требует жесткости, которая находится за пределами возможностей алюминиевых сплавов. Титановые сплавы превосходят по модулю упругости на 50--80 % алюминиевые сплавы и, обладая более высокой коррозионной стойкостью, удельными характеристиками прочности и сопротивления усталости, представляют собой оптимальный материал для конструкции планера крупногабаритных самолетов.

При оценке перспективности применения титановых сплавов в авиационных конструкциях следует также учесть, что их механические и эксплуатационные свойства непрерывно повышаются благодаря, усилиям металлургов, металловедов и технологов.

Естественно, титановые сплавы никогда не будут единственным конструкционным материалом самолетостроения. Несомненно, что при изготовлении деталей летательных аппаратов доля алюминиевых сплавов и особенно сталей будет постепенно снижаться. По мнению зарубежных специалистов, доля стальных деталей в самолетах следующих поколений упадет с 10 до 5 %. Ожидается также увеличение объема применения алюминиевых сплавов с литием и композиционных материалов.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

2.1 Состав и специфика химических свойств

Титан и сплавы на его основе характеризуются весьма благоприятным сочетанием физико-механических и химических свойств, главными из которых являются высокая удельная прочность, тепло - и коррозионную стойкость [2].

Сплавы на основе титана, содержащие добавки легирующих элементов по химическому составу представляют собой двойные Ti-Al (BT-5), тройные Ti-Al-Cr (ВТ-3),Ti-Al-Mo (ВТ-8), Ti-Al-V (ВТ-6), Ti-Al-Mn (ОТ-4),Ti-Al-Sn (ВТ5-1), четверные Ti-Al-Cr-Mo (ВТ3-1, ВТ-15) и более сложные системы. Но так как сплавы титана содержат еще некоторое количество примесей Fe, Si, O2, N2, H2, то их следует рассматривать как весьма сложные многокомпонентные системы [3].

Таблица 3.

Химический состав титановых сплавов [1]

Марка сплава	Содержание основных компонентов в %	Содержание примесей в % (не более)
	Al	Cr	Mo	V	Mn	Fe	Si	C	O	N	H
б - сплавы
ВТ1-1	-	-	-	-	-	0,3	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
ВТ1-2	-	-	-	-	-	0,3	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
ВТ5	4-5,5	-	-	-	-	0,3	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
ВТ5-1	4-5,5	2-3	-	-	-	0,3	0,15	0,1	0,2	0,05	0,015
(б + в) - сплавы
ВТ3	4-6,2	2-3	-	-	-	0,8	0,4	0,1	0,2	0,05	0,015
ВТ3-1	4,5-6,2	1-2,5	1-2,8	-	-	1,5	0,4	0,1	0,2	0,05	0,015
ВТ6	4,5-6,5	-	-	3,5-4,5	-	0,3	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
ВТ8	5,8-6,8	-	2,8-3,8	-	-	0,4	0,35	0,1	0,15	0,05	0,015
ОТ4	2-3,5	-	-	-	0,8-2	0,4	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
ВТ14	3,5-5,5	-	2,8-3,5	0,3	0,3	0,4	0,15	0,1	0,15	0,05	0,015
в- сплавы
ВТ15	2,5-3,5	9,5-11,5	7-8	-	-	0,3	0,15	0,1	0,12	0,05	0,015

Отмечая высокую коррозионную стойкость титана и его сплавов на воздухе, в морской воде и ряде кислот, следует указать, что при повышенной температуре титан и его сплавы приобретают чрезвычайно высокую химическую активность. Они энергично взаимодействуют с водородом водяного пара, кислородом и азотом воздуха, а так же с галоидами, углеродом, серой и другими элементами. Интенсивное поглощение водорода начинается при 300°С, кислорода- при 500°С, азота-при 600°С.

С повышением температуры интенсивность поглощения этих газов резко возрастает [3]. Изучение явления поглощения газов показало, что кислород, азот и водород не только образуют соединения на поверхности титана или его сплавов, но и проникают в кристаллическую решетку, образуя твердые растворы внедрения резко повышая твердость и хрупкость титана или сплава.

Взаимодействие с газами, значительно ухудшает механические свойства сплавов. Уже при небольшом увеличении содержания кислорода и азота в титане резко возрастают его твердость и прочностные характеристики (ув, у02) а пластические свойства (д,бH,ш,) столь же резко падают, что приводит к охрупчиванию металла. Так, при увеличении содержания кислорода до 0,25% пластические свойства сплава резко снижаются, а при увеличении содержания кислорода до 0,35% наступает хрупкое разрушение. Уменьшается разность между пределом прочности и пределом текучести, что является показателем технологической пластичности. Наиболее интенсивное изменение указанных свойств вызывает азот, наименее углерод [3].

Как уже отмечалось, на поверхности титановой заготовки при повышенной температуре в результате взаимодействия титана с различными атмосферными газами происходит интенсивное образование различных соединений. Возникает окалина, состоящая из ряда окислов титана (от простых TiO Ti2O3 TiO2 , до более сложных- Ti3O2 Ti3O5 Ti7O12), а также включающая нитрид титана TiN. Окислы и нитриды титана имеют высокую твердость -8-9 единиц шкалы Мооса, а микротвердость-2160 кг/мм2 .

Кроме влияния на механические свойства, кислород и азот, растворенные в соответствующих количествах в поверхностном слое титанового сплава, вызывают в нем фазово-структурные превращения. Они заключаются в образовании характерной б-структурой, поскольку эти элементы являются стабилизаторами б-фазы. Возникновение такой б-фазы всегда в той или иной степени имеет место при различных способах горячей обработки на воздухе [4].

Так как этот альфированный слой имеет низкие пластические характеристики, то его присутствие в готовой детали не допустимо и поэтому он должен полностью удаляться последующей механической обработкой. Однако из-за высокой твердости альфированного слоя его удаление при помощи режущих инструментов вызывает значительный износ инструмента и возможно только при низких значениях показателей резания.

Рассмотренное свойство титановых сплавов не может не сказаться и при осуществлении процесса резания, поскольку возникающие при этом высокие температуры значительно превышают те, при которых титан начинает активно реагировать с азотом и кислородом.

2.2 Механические свойства титановых сплавов

Титановые сплавы в отожженном состоянии по прочности в 2,5-3 раза превосходят алюминиевые сплавы, в 1,5-2 раза углеродистые и нержавеющие стали. В этом отношении они аналогичны лучшим маркам высоколегированных конструкционных (18Х2Н4ВА, 30ХГСА, 40ХНМА) и теплостойких (ЭИ891, 1Х12Н2ВМФ) сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе (ХН77ТЮР, ЭИ867) после термической обработки [3].

Некоторые же сплавы титана, например, сплавы с в-структурой (ВТ15) в закаленном и подвергнутом старению состоянии превосходят по прочностным характеристикам указанные стали и сплавы.

Титановые сплавы по своей удельной прочности превосходят сплавы на основе алюминия, железа и никеля. Однако по своим пластическим свойствам титановые сплавы даже в отожженном состоянии не превосходят сплавы на основе железа и никеля. Предел прочности титановых сплавов незначительно превышает предел текучести. У сталей и сплавов на никелевой и алюминиевой основе этот предел значительно больше. Это свидетельствует о том, что пластическая деформация при растяжении титановых сплавов невелика.

Данные исследований [4], позволяют предположить, что и в процессе резания титановых сплавов их пластические деформации вряд ли будут значительными.

2.3 Физические свойства

К особенностям физических свойств титана и его сплавов относят их низкий модуль упругости, низкую теплопроводность и высокую теплоемкость. Низкий модуль упругости, означая повышенную склонность титановых сплавов к упругому деформированию, обуславливает последнее при обработке материалов резанием. Сравнительно со сплавами на основе никеля, железа и алюминия теплопроводность сплавов на основе титана ниже в 4; 5 и 17 раз [3]. Весьма низкие теплофизические свойства титановых сплавов представляют собой фактор, весьма негативно влияющий на обрабатываемость их резанием.

Физико-механические свойства титановых сплавов представлены в табл.2.

Таблица 4

Физико-механические свойства титановых сплавов

Марка сплава	Вид заготовки	ув , кг/мм2 при температуре	у0,2, кг/мм2	д, %	ш, %	Ьн,%	НВ, кг/мм2	Е, кг/мм2	у-1 на базе 107 циклов	с, ом /ммІ	г, г/см3	л, кал/смсек°С	С, кал/г°С	б10-6, 1/°С
		20	300	500
ВТ3 ВТ3-1 ВТ6 ВТ8 ОТ4 ВТ1-1 ВТ1-2 ВТ5 ВТ14 ВТ-15	Поковки, прутки То же Листы, прутки, поковки Поковки, прутки Листы, поковки, прутки Листы, полосы То же Прутки, проволока, поковки Листы, полосы, прутки Листы, прутки, поковки	95-115 95-120 90-100 105-120 70-90 45-60 55-70 70-95 115-140 130-150	60-74 65 65-75 88 44,5 - - 58 90-105 120	54-61 56 50 75 39 19,3 19,3 48 70-76 100	85-105 85-110 80-90 95-115 55-65 38-50 46-60 60-85 108-130 118-140	10-16 10-16 10-15 9-16 12-20 ?25 ?20 10-15 6-10 3-6	25-40 25-40 30-45 30-55 25-55 ?50 ?45 30-45 - -	3-6 3-6 4-8 3-6 3,5-6,5 7 5 3-6 2,5-3,5 2,5-3,0	260-320 260-340 320-360 310-350 200-300 130-180 170-250 269 340-370 380-420	11000 11500 11300 12000 11000-12000 10500 11000 10500 11000 11000	45 48 ?50 - - - 45 44 50	1,58 1,36 1,6 1,61 - - - 1,08 - 1,55	4,46 4,5 4,43 4,47 4,55 4,5 4,5 4,5 4,52 4,89	0,017 0,019 0,018 0,017 0,02 0,039 0,039 0,018 0,02 0.019	- - - 0,12 - - - - 0,12 0,12	8,4 8,6 8.4 8,4 8,0 8,3 8,3 8,0 8,0 9,1

2.4 Металлографическая структура и классификация титановых сплавов

Титан обладает полиморфизмом и существует в двух аллотропических модификациях. Низкотемпературная модификация, называемая б-титаном существует при температуре ниже 882,5°С и характеризуется гексагональной решеткой с параметрами, а=2,9504 ? и с=4,6833 ? при температуре 25°С. Высокотемпературная модификация, называемая в-титаном, существует при температуре выше 882,5°С и имеет кубическую объемноцентрированную решетку с параметром, а=3,3065±0,0001 ? при 900°С [3].

Все легирующие элементы, применяемые при разработке титановых сплавов, делят на три группы:

1. Элементы, стабилизирующие б - модификацию титана и называемые б - стабилизаторами, они повышают температуру аллотропического превращения титана и расширяют область б - фазы. К их числу относят алюминий, кислород, азот и углерод.

2. Элементы, стабилизирующие в-модификацию титана и называемые в-стабилизаторами, они повышают температуру аллотропического превращения титана и расширяют область в-фазы. Ими являются хром, железо, молибден, ванадий, марганец, кремний и др.

3. Элементы, слабо влияющие на фазовый состав титановых сплавов и составляющие группу нейтральных упрочнителей. К ним относят олово, цирконий и германий [3].

К сплавам с б- структурой относят сплавы ВТ5, ВТ5-1и другие. Сплавы характеризуются высокой термической стабильностью, хорошей свариваемостью аргонно-дуговой сваркой, более низкой пластичностью, чем сплавы с в- и (б+в)-сплавы, и неспособностью к упрочнению термической обработкой.

К в-сплавам относят ВТ15 и другие. Они сочетают в себе хорошую пластичность и свариваемость и потому находят широкое применение в промышленности [2].

ГЛАВА 3. ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ РЕЗАНИЕМ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

В отличие от обычных конструкционных материалов, включая и высокопрочные, титановые сплавы сохраняют высокие прочностные свойства даже при повышенных температурах, что затрудняет их обработку резанием. Поэтому повышение скорости резания и, следовательно, температуры обработки не уменьшает сил резания, а усиливает абразивный и адгезионный износ инструмента вследствие его размягчения (самоотпуска).

Механическая обработка деталей из титановых сплавов существенно затруднена по сравнению, например, с алюминиевыми сплавами и конструкционными сталями. Это объясняется характерными свойствами титановых сплавов: высоким отношением предела текучести к пределу прочности (у0,2/ув), составляющим величину 0,85 -0,95 (для сталей 0,65-0,75); относительно низкой теплопроводностью; налипанием титана на инструмент; высокой химической активностью по отношению к газам при повышенных температурах; неоднородностью свойств срезаемого слоя вследствие ликвации легирующих элементов; особенностями процессов получения полуфабрикатов и т.д. Высокое отношение (у0,2/ув) вызывает повышенную наклепываемость сплавов, что снижает их пластические свойства и вызывает повышенный износ режущего инструмента. Этот фактор, а также низкая теплопроводность сплавов создают повышенную температуру в зоне резания, что в свою очередь, способствует загазованности сплава (особенно в тонких сечениях). Насыщение металла газами исключает возможность пластической деформации стружки и приводит к тому, что ее усадка становится отрицательной. Все это способствует быстрому износу режущего инструмента как по передней грани от трения о стружку, так и по задней - от трения об обработанную поверхность. Неоднородность свойств металла, и в частности поверхностного слоя детали, вносит свою лепту в износ инструмента, создавая даже при непрерывной обработке как бы условия прерывистого резания. Обрабатываемость титановых сплавов резанием, аналогична обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса. Между стружкой титана и инструментом имеется очень небольшая контактная поверхность в результате чего в зоне резания возникают высокие удельные давления и температуры. К тому же титан обладает очень низкой теплопроводностью, что затрудняет отвод тепла из зоны резания. В результате титан легко налипает на инструмент и быстро изнашивает его.

Все эти условия, снижая стойкость инструмента, приводят к необходимости применения для режущего инструмента более износостойких быстрорежущих сталей, чем для обработки сталей, и обильного охлаждения зоны резания. Но даже при принятии таких мер режимы резания, особенно скорости, должны быть снижены по сравнению с обработкой сталей в 3-4 раза для обеспечения приемлемой стойкости инструмента, особенно при обработке на станках с ЧПУ. Поэтому производительность при обработке резанием деталей из титановых сплавов существенно снижается по сравнению с обработкой сталей.

При обработке деталей из титановых сплавов образуется хрупкая стружка, которая легко схватывается с материалом инструмента и вызывает его интенсивное выкрашиваение и сколы. Упрочнение наклепом, а так же высокая склонность к окислению при повышенных температурах также затрудняют обработку резанием. Низкая теплопроводность вызывают увеличение адгезионного износа и наростообразования. Интенсивное наростообразование не снижается даже существенным уменьшением скорости резания, что особенно характерно при резании твердосплавным инструментом. Нарост образуется на передней поверхности инструмента в зоне схода стружки в условиях действия высоких температур и давлений. Процесс наростобразования усугубляется еще и тем, что обработка этих сплавов характеризуется небольшой площадкой контакта стружки с инструментом, в результате которого на режущей кромке создаются концентрации высоких напряжении.

Образующийся при резании нарост представляет собой наваренный на инструмент, окисленный и упрочненный абразивостойкий материал обрабатываемой детали из титанового сплава, причем прочность сцепления нароста с инструментом настолько высока, что в процессе резания периодический отрыв нароста сопровождается вырыванием материала инструмента и нарушением целостности режущей кромки.

Особенно отчетливо подобное схватывание наблюдается при фрезеровании, когда прочность сцепления обрабатываемого материала с инструментом настолько высока, что вызывает выкрашивание и вырывание отдельных участков инструмента, особенно твердосплавного. Вследствие этого чистота поверхности при обработке значительно ниже, чем для обычных конструкционных материалов, причем с повышением прочности чистота обработанной поверхности повышается.

3.1 Тепловые явления в процессе резания

Экспериментальным и аналитическим путем установлено, что при резании титановых сплавов возникают весьма высокие температуры, в 2-3 раза превосходящие температуры, возникающие при обработке сплавов на основе железа и алюминия и близкие к температурам, возникающим при резании жаропрочных сплавов. Так температура резания при точении титанового сплава ВТ3-1 достигает 800°С уже при v=40 м/мин, s=0,17 мм/об и t=1,5 мм [4].

Причина возникновения высоких температур обуславливается характерной особенностью теплофизических свойств титановых сплавов: сравнительно низкой теплоемкостью, малым удельным весом и в особенности очень низким коэффициентом теплопроводности. Вследствие этого значительная часть тепла, выделяющегося при резании, передается на режущий инструмент и в стружку, а в обрабатываемую заготовку отводится малая его часть.

Влияние параметров теплофизических свойств (л, г,c) титановых сплавов на температуру настолько велико, что в условиях меньшего, по сравнению со сталями, тепловыделения температура деформированной зоны и прилегающих слоев титановых сплавов значительно выше, чем у сталей. Установленые зависимости этих характеров представляет одну из важных характеристик влияния физических свойств титановых сплавов на обрабатываемость их резанием.

Возникновение высоких температур в зоне резания заставляет значительно снижать режимы резания, (по сравнению со сталями в 3-4 раза) так как при больших значениях скорости резания, подачи и глубины срезаемого слоя, температура в зоне резания очень скоро начинает превосходить теплостойкость твердосплавного инструмента, не говоря уже об инструменте из быстрорежущих сталей.

3.2 Износ режущего инструмента

3.2.1 Износ режущего инструмента при обработке по корке

При обработке титановых сплавов наибольшие трудности возникают при выполнении обдирочных операций, проводимых для удаления дефектного поверхностного слоя. Трудности обуславливаются тем, что при обработке со снятием корки происходит особенно интенсивный износ инструмента.

Характеру и интенсивности заступления режущего инструмента может быть дано следующее объяснение. Поверхности слитков и полуфабрикатов титановых сплавов покрыты окалиной и коркой, которые образуются при взаимодействии титана с кислородом и азотом воздуха и диффузии этих газов в кристаллическую структуру сплава (б-слой), что при резании приводит к тому, что режущие элементы инструмента подвергаются истирающему воздействию абразивного характера. Вследствие этого интенсивно изнашиваются главным образом задняя поверхность и режущая кромка, особенно в месте касания с коркой. Передняя же поверхность резца не контактирует с коркой, прирезцовый слой характеризуется значительно меньшей твердостью и однородной структурой, а скорость резания при обработке по коре невелика, поэтому эта поверхность в меньшей степени подвергается истирающему воздействию. Образование сколов по передней и задней поверхностям и выкрашивание режущей кромки при точении режущими пластинками из сплавов ВК2, ВК6, ВК4, ВК3М, Т14К8, Т15К6, ТТ20К9, можно объяснить тем, что при черновой обработке снимается неравномерный по глубине слой и действует переменная нагрузка (табл. 3). Периодическое изменение нагрузки на режущую кромку резца подобно удару, который при прерывистом резании вызывает выкрашивание кромки и сколы по рабочим поверхностям резца, причем наиболее значительные сколы наблюдаются в месте касания кромки с коркой. По видимому в данном случае возникают и усталостные напряжения в материале инструмента у режущей кромки, приводящие к ее хрупкому разрушению [4].

Кроме отмеченных видов разрушения (абразивного износа, хрупкого разрушения, смятия), наблюдается износ, обусловленный адгезионными явлениями. Последний наиболее характерен для передней поверхности инструмента при обдирочных операциях, выполняемых со снятием корки, а также при точении с ее удалением со средней скоростью резания v=40-60м/мин и подачей s>0,2 мм/об, причем особенно при проведении этой обработки резцами с пластинками из двух - и трехкарбидных сплавов. Стойкое налипание наблюдается на пластинках из сплавов ВК3М, ВК4, ВК6М [4]. В меньшей степени явление адгезии наблюдается при обработке резцами с пластинками из ВК6, ВК8, ВК8Т, ВК12, ВК12Та [4].

Сущность явления адгезии представляется в налипании, смачивании материала инструмента материалом заготовки. Это налипание происходит из-за того, что поверхностная энергия атомов материала инструмента в процессе резания и связанных с ним тепловых явлений, выражающихся в значительном нагреве инструмента и стружки, начинает превосходить энергию связи атомов обрабатываемого материала между собой. В результате чего происходит очень прочное схватывание стружки, фактически приваривание ее к поверхности инструмента.

При периодическом изменении условий резания происходит срыв приварившихся частиц обрабатываемого материала вместе с материалом инструмента. Особенно выраженно это явление при обработке многолезвийным инструментом-фрезеровании и обработке отверстий - сверлении, развертывании, нарезании резьб. При фрезеровании срезанная зубом стружка, как правило, приваривается к его передней поверхности и отскакивает лишь при последующем врезании, что приводит к частым выкрашиваниям и сколам.

При сверлении, особенно мелких отверстий, вследствие затрудненного отвода стружки, она может налипнуть на инструмент до такой степени, что силы схватывания вызовут поломку инструмента в отверстии.

Применение в качестве обрабатывающего материала быстрорежущих сталей марки Р18, Р9К5, Р9Ф5 при обработке по корке с применением стандартной эмульсии и прочих условиях, аналогичных условиям резания инструментом, оснащенным пластинками из твердых сплавов, подвержены интенсивному износу, как по передней, так и по задней поверхности, достигающему катастрофического значения уже в самом начале резания. Даже при обработке со скоростью в 2,5 раз меньше, чем при точении резцом из сплава ВК8, износ резцов из быстрорежущих сталей достигает значительной величины [4].

3.2.2 Износ режущего инструмента при чистовом и получистовом точении

При чистовом и получистовом непрерывном точении исследуемых титановых сплавов резцами, оснащенными пластинками из однокарбидного твердого сплава, процесс износа может быть представлен в следующем виде (Табл. 4). В начальный период резания на задней поверхности резца, вдоль режущей кромки, наблюдается появление характерных штрихов износа, являющиеся результатом трения между контактными поверхностями инструмента и заготовки. Износ по передней поверхности при этом представляет след сходящей стружки и имеет вид лунки. При дальнейшем резании происходит развитие износа, как по передней, так и по задней поверхности.

Исследования проводились при резании сплавов ВК8 и ВК15 для следующих режимов резания: v = м/мин; s=0,2-0,5 мм/об;t =0,5-1,5 мм. Средняя стойкость твердосплавного инструмента при таких условиях составляет 20-26 мин [4].

Повышенная интенсивность износа режущего инструмента при получистовом и чистовом точении титановых сплавов, определяется двумя факторами: повышенной истирающей способностью титановых сплавов и высокой температурой граничных слоев. В зависимости от условий резания степень влияния этих факторов изменяется. При повышении скорости и подачи возрастает значение теплового фактора и наступает мгновенный износ.

Таблица 5

Износ режущего инструмента при черновой обработке титановых сплавов

Сплав	Характер износа режущего инструмента
ВК8 ВК8Та ВК12Та	Износ по задней поверхности без сколов и выкрашиваний
ВК3М ВК4 ВК6М ВК6	Значительные сколы по задней поверхности, в месте контакта задней поверхности резца и заготовки, сколы и вырывания по передней поверхности
ВК12 ВК15 ВК15М	Затупление в результате смятия контактных поверхностей по режущей кромке
Т15К6 Т14К8	Хрупкий износ, подобно ВК3М, ВК4, ВК2
Т5К10 Т5К12В	Весьма интенсивный, хоть и менее хрупкий износ, чем у Т15К6, Т14К8
ТТ10К8Б ТТ20К9	Износ аналогичен Т15К6, Т14К8
Р18 Р9К5 Р9Ф5	Катастрофический износ в самом начале резания

*Результаты получены при следующих режимах резания: v=1028м/мин, s=0,3об/мин, t=16 мм. Геометрические параметры резца: б=б1=ц1=15 ,г=0,ц=45, л=0, R=0,6-0,8мм.[5]

Таблица 6.

Износ режущего инструмента при чистовой и получистовой обработке титановых сплавов

Сплав	Характер износа режущего инструмента
ВК2, ВК3М, ВК4, ВК6 ВК6М ВК8 ВК8Та ВК12Та	Износ в виде лунки по передней поверхности, при дальнейшем резании развивающийся и приводящий к выкрашиванию режущей кромки. По задней поверхности образуется фаска износа. При этом происходит не только истирание, но и выкрашивание кромки, что при дальнейшей обработке приводит к выкрашиваниям и сколам.
Двух-трехкар-бидные сплавы	Более интенсивный износ того же характера.
Быстрорежущие стали	Значительный износ по передней и задней поверхностям при скоростях резания v=50-60 м/мин; использование возможно лишь при резании со скоростями v=10-15 м/мин. При резании наблюдается быстрое притупление режущих кромок.

При понижении этих параметров доминирующее значение приобретает истирающая способность титановых сплавов. Повышенная истирающая особенность титановых сплавов связана с особенностями их физико-химических свойств и структуры. При исследовании деформации срезаемого слоя и качества обработанной поверхности титановых сплавов выявлено, что при определенных температурных условиях срезаемый и остающийся слой из-за высокой химической активности титана к кислороду и азоту воздуха поглощают эти газы, что вызывает их упрочнение и охрупчивание. Упрочнение слоев и альфирование их структуры приводят к более интенсивному истиранию контактных поверхностей режущего инструмента, как это наблюдается при черновой обработке по корке [4].

В соответствии с этим при небольших и средних скоростях резания (v=20-40м/мин), когда из-за невысокой температуры в зоне резания диффузия незначительна, износ протекает с обычной интенсивностью и не приводит к разрушению режущей кромки инструмента.

При повышении скорости резания температура в зоне резания значительно возрастает, срезаемые слои в той или иной степени насыщаются газами, упрочняются и охрупчиваются, развитие абразивного износа происходит более интенсивно. При скоростях резания v=100-130 м/мин роль теплового фактора возрастает и интенсивное развитие износа является результатом влияния этого фактора.

Механизм процесса износа резцов с твердосплавными пластинками при точении титановых сплавов представляется следующим. Под влиянием развивающейся в процессе резания высокой температуры происходит снижение прочностных характеристик титанового сплава и материала режущего инструмента в зоне резания. Однако снижение прочности поверхностных слоев обрабатываемого титанового сплава под влиянием температурного фактора не является значительным, поскольку вследствие поглощения ими кислорода и азота воздуха происходит упрочнение этих слоев [4]. Побочным результатом этого является увеличивающаяся адгезия. В результате происходит интенсивный износ режущего инструмента под действием вышеперечисленных факторов.

3.3 Повышение эффективности обработки резанием титановых сплавов твердосплавными инструментами и инструментами из быстрорежущей стали

При резании титановых сплавов наиболее широко используется твердосплавный инструмент (в основном вольфрамовой группы) и инструмент из быстрорежущих сталей.

Применение твердых сплавов, легированных карбидом титана не дает существенного преимущества при обработке титановых сплавов вследствие повышенного химического взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом.

Для увеличения стойкости инструмента и повышения производительности обработки необходимо применять прогрессивную технологию производства инструмента.

Уже созданы твердые сплавы со сверхтонкой структурой (особомелкозернистые сплавы типа ОМ-ВК6-ОМ, ВК-10-ОМ, ВК15-ОМ), в которых путем измельчения зерна удалось повысить вязкость и твердость. Эти сплавы имеют повышенную плотность, что позволяет улучшить шлифуемость и получать при затачивании острую кромку.

Повышает эффективность обработки титановых сплавов применение инструмента из порошковых быстрорежущих сталей [5].

Немалым резервом в повышении эффективности обработки титановых сплавов является выбор состава СОЖ и метод подводки в зону резания. Так применение СОЖ при резании титановых сплавов стальным инструментом позволяет повысить скорость резания на 20- 40%. Применение СОЖ обеспечивает также повышение стойкости инструмента и качества обработанной поверхности. При обработке титановых сплавов весьма эффективны сульфинированные СОЖ с поверхностно-активными присадками, которые, адсорбируясь на контактных поверхностях, пластифицируют поверхностный слой обрабатываемого материала и облегчают взаимное перемещение контактных поверхностей инструмента и обрабатываемой детали. При этом уменьшается наклеп металла и напряженное состояние инструмента. Применяемые СОЖ (Аквол-2, Уринол-1, Аквол-10) представляют собой смеси на основе масел, куда входят эмульгаторы, различные активные присадки и т.п. [5]. Так же рекомендуется применять хлорированные СОЖ, которые существенно уменьшают адгезию [8].

Кроме того, для повышения стойкости инструмента опробуются твердые смазки на основе дисульфида молибдена, наносимые на рабочие поверхности инструмента. Применение дисульфида молибдена позволяет повысить стойкость фрез, сверл, метчиков в 3-4 раза вследствие снижения наростообразования и улучшения условий резания[5].

3.4 Упрочнение инструментов для обработки титановых сплавов

титановый сплав самолетостроение резание

Одним из важных факторов, определяющих производительность обработки резанием и высокое качество обработанных изделий, является стойкость режущего инструмента, сохранение геометрии режущей кромки и высокой твердости поверхностного слоя в работе.

Основными требованиями, предъявляемыми к инструментальному материалу для обработки титановых сплавов, являются повышенная прочность и вязкость, в сочетании с достаточно высокой твердостью, низкая химическая активность к обрабатываемому материалу, высокая теплостойкость и стойкость к наростообразованию.

Существенным резервом повышения производительности обработки титановых сплавов и повышения износостойкости инструмента является упрочнение инструмента путем нанесения износостойких покрытий.

Для обработки титановых сплавов применяются одно- двух - и многослойные покрытия, которые считаются наиболее перспективными.

Эти покрытия имеют верхний слой из твердых материалов TiCN,Al2O3,BN и других и вязкие промежуточные зоны, а также покрытия с постепенным изменением состава по толщине слоя [5].

Подобные покрытия предохраняют инструмент от абразивного и адгезионного износа, уменьшают отслаивание и скалываемость инструмента.

Выявлено, что состав износостойких покрытий существенно влияет на процессы, происходящие на контактных площадках инструмента. Покрытия сложного состава, благодаря высокой трещинностойкости, прочностным свойствам, высокому уровню сжимающих и остаточных напряжений сдерживают процессы развития и образования трещин. Уровень контактных и тепловых нагрузок в сочетании с более высокой сопротивляемостью покрытий сложного состава к процессам трещинообразования является одной из причин более высокой работоспособности инструмента с такими покрытиями.

Направленным изменением свойств покрытия путем легирования или изменения состава газовой среды можно управлять термомеханической напряженностью режущего клина инструмента, сдерживать процессы трещиннообразования и разрушения.

Многочисленные исследования в области применения различных износостойких покрытий проводились в странах СНГ. Так учеными А. С. Верещакой и И. П. Третьяковым были проведены исследования композиционных, многослойных покрытий, предназначенных для обработки труднообрабатываемых материалов. При этом кристаллохимические свойства и состав элементов соединений выбирали такими, чтобы обеспечить максимальное снижение склонности к схватыванию с обрабатываемым материалом. Как известно, эта склонность снижается при достаточно сильном отличии кристаллохимического строения контактирующей пары. Так, оказалось, что для поверхностных слоев композиционных покрытий оказалось выгодным вводить в их состав соединения (нитриды, карбонитриды, карбиды) VI группы переходных металлов, которые имеют большое количество модифицированных фаз, существенно отличающихся по строению от строения большинства труднообрабатываемых материалов.

Эти слои могут обеспечить высокую пассивность композиционного покрытия к обрабатываемому материалу. Для обеспечения термодинамической устойчивости и создания непрерывного ряда растворимости с внутренними слоями покрытия, непосредственно примыкающими к матрице в поверхностные слои было введено некоторое количество соединений металлов IV и V групп, причем их содержание по глубине покрытия непрерывно возрастало. Это позволило обеспечить высокую прочность сцепления покрытия с инструментальной матрицей.

В результате испытаний было выявлено, что для промышленного внедрения целесообразно применять композиционные покрытия на основе соединений титана, циркония и молибдена. Так, при обработке сплава ВТ20 режущими пластинами из ВК6 наилучшие результаты показало покрытие (25% Ti-75%Cr)N. Применение данного покрытия позволяет увеличить скорость резания до v=55-80 м/мин, а стойкость инструмента возросла в 2-2,5 раза. Покрытия наносились методом КИБ [7].

Исследования, проведенные в СНГ, выявили перспективность нанесения покрытий на инструмент с режущей частью из ВК6 покрытий на основе MoN, (Mo+Cr)N, (Nb+Zr)N при обработке резанием титанового сплава ВТ20.

Было исследовано влияние покрытий на стойкость спирального сверла диаметром 9 мм. В результате исследований выявили: покрытия из Mo, Cr повышают стойкость сверла в 3 раза; покрытия из Mo+ZrN, Cr+ZrN - в 4,5 раза; покрытия из Mo+TiN-в 3,5 раза; покрытия из Cr+TiN - в 2 раза; покрытия из TiN- в 1,5 раза.

Автором данного учебного пособия также проводились исследования стойкости инструментов с износостойкими покрытиями, нанесенными по технологии, разработанной им, покрытия были сформированы ионно-плазменным методом. Испытания проводились на Ташкентском Авиационном Производственном Объединении имени В. П. Чкалова и дали следующие результаты:

-у метчиков из Р18 с покрытиями (TiN), (Ti,Cr,)N при нарезании резьбы на титановом сплаве ВТ22 стойкость возросла в 2,6 раз;

...