14.3 Плотность отливок

Внутренние несплошности титановых отливок представляет собой раковины и пористость. Исследования показали, что указанные дефекты, сокращая живое сечение, снижают характеристики прочности литого металла. Усадочные раковины располагаются в тепловых узлах отливки при недостаточном их питании. Параметры центробежного литья позволяют эффективно управлять формой и расположением усадочных дефектов, выводя их за пределы литой детали.

В отливках могут присутствовать также газовые дефекты. Интенсивность

газовых дефектов зависит от температуры заливаемого металла. Низкая температура заливки сплава препятствует развитию процессов всплывания и вторичного растворения пузырьков, которые фиксируются в виде несплошностей в местах своего формирования. С повышением температуры заливки не только повышается общая плотность отливки, но и происходит смещение зоны распространения дефектов в области пониженного давления: вверх -при стационарной заливке и к оси вращения- при центробежной. Важным средством предупреждения газовых дефектов является предварительный нагрев формы. При литье в горячую форму создаются благоприятные условия для всплывания и вторичного растворения газовых пузырьков.

Помимо дефектов в виде несплошностей, в титановых отливках могут образовываться засоры. Возникновению засоров за счет частичного разрушения формы способствует большой динамический напор потока металла при центробежном литье. Засоры могут быть следствием недостаточно аккуратной сборки форм, в результате которой в рабочей полости могут оказаться частицы графита. На рентгеновской пленке графитовые засоры имеют вид светлых пятен.

14.4 Точность отливок

Эффективность применения титанового литья в сильной степени зависит от точности отливок. Чем выше точность, тем больше поверхностей детали может не подвергаться механической обработке, что обеспечивает сокращение трудоемкости и повышение коэффициента использования металла.

Большую погрешность вносят отклонения зернового состава графитовой

смеси, сушка и прокалка форм, при которых происходят значительные изменения размеров. Точность отливок связана со всеми операциями технологического цикла. Ведущую роль в формировании геометрии отливки играет геометрия рабочей полости литейной формы.

Все факторы, влияющие на повышение точности титановых отливок, можно разделить на две группы:

1) факторы, повышающие стабильность параметров технологического цикла;

2) факторы, снижающие чувствительность размеров отливки к колебаниям параметров технологического процесса.

Наибольший эффект достигается при совместном действии обеих факторов.

15 Контроль отливок и исправление дефектов

Применение титановых литых деталей в ответственных узлах и агрегатах

обусловило большое внимание к контролю отливок и параметров технологического процесса их производства.

Контролю химического состава сплава подвергают расходуемые электроды. Контроль химического состава материала отливок может производиться с различной периодичностью, но не реже, чем от группы плавок, проведенных с применением одной партии расходуемых электродов.

Контроль материала отливки включает обязательную проверку уровня механических свойств. От каждой плавки проверяют предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, поперечное сужение и ударную вязкость. Для контроля механических свойств применяют стандартные образцы. Образцы вырезают из брусков, отливаемых вместе с отливками, или из элементов литниковой системы.

После выбивки титановые отливки тщательно осматривают с целью обнаружения незаливов, неслитен и других грубых дефектов. Специфичным для титанового литья является тщательный контроль поверхности отливок на отсутствие неспаев. С этой целью применяют увеличительные стекла, а в сложных случаях люминесцентный контроль. Обнаруженные неспаи выводят зачисткой или разделывают их и затем заваривают. При обнаружении трещин в отливках последние засверливают по концам, разделывают и заваривают.

Визуальным контролем обнаруживают также места повышенной шероховатости поверхности, наружные раковины и засоры. Эти дефекты, если они залегают в пределах припуска на механическую обработку, выводят зачисткой. Дефекты на необрабатываемых поверхностях также могут удаляться зачисткой, если это не ведет к недопустимому уплотнению стенки. В противном случае дефекты разделывают и заваривают.

Внутренние несплошности на титановых отливках (раковины, поры, рыхлости, засоры) выявляют с помощью рентгеноскопии. Для этой цели применяют рентгеновские аппараты типа РУП-150/300-10.

Внутренние дефекты, превышающие допустимые размеры, можно устранять заваркой. Дефектное место отливки разделывают твердосплавным инструментом, после чего вновь подвергают рентгеноскопии. После заварки рентгеноконтроль является обязательным. В случае, когда надежный контроль заваркой невозможен, отливку бракуют.

В исправлении дефектов большую роль играет заварка дефектов, которую

следует рассматривать как операцию технологического процесса производства отливок. Заварка дефектов литья, если она выполнена в строгом соответствии с технологией, практически не снижает характеристик статической прочности. Заварка должна выполняться в специальной заварочной камере, наполненной чистым аргоном.

В последние годы получил развитие технологический процесс горячего изостатического прессования ГИП, в результате которого удается ликвидировать некоторые внутренние несплошности титановых отливок. Залечивание дефектов после ГИП происходит в результате деформации и последующей диффузионной сварки. Во время газостатирования поверхность образцов и отливок насыщается кислородом, содержащимся в небольшом количестве в инертном газе. При нагреве кислород поглощается титаном, образуя на поверхности отливок газонасыщенный слой глубиной до 0,1 мм.

При контроле титановых сплавов часто встречающимся дефектом является газонасыщенные зоны, имеющие очень высокую твердость и хрупкость. Материал с подобными зонами склонен к преждевременному разрушению, особенно при переменном нагружении. Газонасыщенные зоны обнаруживаются визуально после травления, если они залегают на поверхности. При глубинном залегании дефект обнаружить не представляет возможным. Технология полуфабрикатов должна гарантировать отсутствие подобных дефектов.[1]

Заключение

В данной работе провели анализ способов получения заготовок на детали ГТД литьем и другими способами из титановых сплавов. Технология литья титановых сплавов быстро развивается, обогащаясь новыми технологическими процессами и новым оборудованием. Значительно расширилась номенклатура титановых сплавов. Это расширение достигнуто не только за счет разработки новых композиции, но и за счет широко известных деформированных сплавов. Применение последних стало благодаря новым технологическим процессам изготовления отливок.

Большое влияние на работоспособность деталей из литейных сплавов оказывает качество их поверхностного слоя. В процессе формирования отливки ее поверхность может поглощать примеси внедрения: кислород, азот, углерод, водород. При этом микротвердость поверхности достигается 8000-9000МПа. В этом хрупком слое возникают и развиваются усталостные трещины, являющиеся очагами разрушения. Применяемые литейные формы из электрокорунда сильно взаимодействуют с отливкой, на поверхности которой образуется газонасыщенный слой. Выносливость сплава при наличии такого слоя снижается. Для удаления этого слоя путем травления необходимо применять растворы плавиковой кислоты, что резко ухудшается гигиенические и экологические условия производства, снижается точность отливок, ведет к наводороживанию сплава и растравливанию границ зерен. При использовании углеродных (графит, кокс) литейных форм загрязнение поверхностного слоя отливок незначительно. Такие формы, изготавливаемые уплотнением или по выплавляемым моделям, получили наибольшее применение в авиационной промышленности. Повышение требований к точности титановых отливок, а также к экологическим условиям производства вызывает необходимость изыскания более совершенных формовочных материалов.

В результате длительных поисковых работ разработана технология литья в электрокорундовые формы, рабочая поверхность которых имеет химически стойкое к титану защитное покрытие. В таких формах сочетаются высокая точность и необходимая химическая инертность. Важной особенностью таких комбинированных форм является возможность их нагрева перед заливкой до 900÷950°С, что обеспечивает получение тонких протяжных стенок литых деталей.

Для плавки и заливки сплава разработаны и успешно эксплуатируются вакуумные дуговые плавильно-заливочные установки различной вместимости. В стадии проектирования находится вакуумно-компрессионная установка. Максимальное давление инертного газа 10МПа позволяет отказаться от центробежной заливки, что особенно важно на отливках с пространственной конфигурацией.

Наряду с совершенствованием собственно литейной технологии все большее значение приобретают процессы улучшения качества изготовленных отливок. Среди этих процессов: специальные способы обработки поверхности, термическая обработка, обратимое легирование водородом и др. Особенно значительный эффект связан с применением ГИП титановых отливок. Применение ГИП позволяет полностью устранить внутренние дефекты в отливках – раковины, поры, рыхлоты, стабилизировать механические свойства и повысить предел усталости на 20-25%. Кроме того , ГИП позволяет уменьшить размер и количество прибылей, иметь более рациональную литниковую систему и тем самым снизить расход металла при изготовлении литых деталей до 15-20%. При использовании ГИП могут быть устранены такие технологические операции, как разделка и заварка литейных дефектов, которые составляют в литейных цехах до 8 % трудоемкости при получении титановых отливок. Для высокопрочных титановых сплавов ГИП является обязательной операцией при изготовлении сложных деталей.

Совокупность новых технологических решений в области титанового литья создает принципиально новые возможности перехода на точные отливки для высоконагруженных деталей и узлов авиакосмической техники.

Список литературы

Производство фасонных отливок из титановых сплавов / Бибиков Е.Л., Глазунов С.Г., Неуструев А.А. и др.- М.: Металлургия, 1983.-296с.

Специальные способы литья / Гуляева Б.Б., Липницкого А.М., Оболенцева Ф.Д.- Л.: Машиностроение, 1971.-264с.

Плавка и литье титановых сплавов / Андреев А.Л., Антошкин Н.Ф., Борзецовская К.М. и др.- М.: Металлургия, 1978.- 384с.

Хенкин В.И, Черепанов А.А. Современные методы и организация технического контроля при производстве отливок.- М.: Машиностроение,1987.-246с.

Чепкин В.М. Опыт и проблемы применения титановых сплавов // Титан.- 1995.- № 1-2.-С.13.

Кузнецов Н.В. Прогрессивные технологические процессы получения заготовок из титановых сплавов // Справочник.-2002.-№5.-С.11.

Логунов А.В., Бурлаков И.А. Ротационное изотермическое формообразование заготовок осесимметричных деталей типа дисков // Титан.-1993.-№1-С.95.

Лопатки работают в условиях высоких температур, достигающих для турбины 800...1200 "С, для компрессора 300...600 "С. Многократное изменение тепловых режимов работы двигателя - быстрый нагрев в момент запуска и быстрое охлаждение при останове двигателя - вызывает циклическое изменение термических напряжений, характеризуемое как тепловая усталость.

Надежность работы рабочих лопаток компрессора и турбины зависит не только от их конструктивной прочности, сопротивления циклическим и длительным статическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления, которая непосредствен­но влияет на качество поверхностного слоя хвостовика и пера лопаток. В поверхностном слое образуются конструктивные и технологические концентраторы напряжений, он испытывает влияние наклепа и внутренних остаточных напряжений при механической обработке. Кроме того, поверхностный слой подвергается воздействию внешних нагрузок при основных видах напряженного состояния (изгибе, растяжении, кручении) и внешней среды. Основными факторами, определяющими качество поверхностного слоя (шероховатость, глубину и степень наклепа, величину и характер распределения остаточных напряжений), являются физико-механические свойства обрабатываемого материала, методы и режимы механической обработки, в том числе геометрия режущего инструмента, степень его затупления и свойства смазочно-охлаждающей жидкости.

При отработке технологических процессов производства лопаток НИИД совместно с предприятиями отрасли разработал необходимые руководящие технические материалы для управления указанными факторами на основных операциях в целях достижения при механической обработке оптимального качества поверхностного слоя, обеспечивающего надежную работу лопаток ГТД.