Общая технологическая схема производства катаных прутов, проволоки из титана и его сплавов

Технологическая схема производства катаных прутков, профилей и проволочной заготовки включает следующие элементы технологии: 1) обточку заготовок; 2) нагрев заготовок; 3) прокатку заготовок; 4) волочение; 5) механическую обработку.

В связи с тем что дефекты, имеющиеся на поверхности исходной заготовки, при прокатке не исчезают, а зачастую увеличиваются и служат источниками трещин, расслоений, закатов готового проката, то и слитки перед прокаткой, и заготовку подвергают обточке.

При прокатке титановых ставов допустимый предел температур конца прокатки наряду с физико-механическими свойствами сплавов определяется в зависимости от энергосиловых параметров приводов прокатных станов, назначения прутковых материалов. Повышение температуры нагрева заготовки титановых сплавов благоприятно отражается на процессе его обработки, так как ведет к уменьшению сопротивления деформации, расхода энергии, позволяет увеличить обжатия, уменьшить износ оборудования. Однако значительное повышение температуры нагрева заготовки титановых сплавов ведет к резкому увеличению окисления, а также к насыщению метал та водородом. Все это вызывает охрупчивание поверхностных слоев заготовки, служит одним из основных источников поверхностных дефектов готовых полуфабрикатов.
Нагрев заготовки под прокатку прутков диаметром 65—100 мм осуществляют в методических газо-пламенных печах с толкателем. Температура нагрева металла в зависимости от сплава составляет 1200—950°С, время нагрева 8—12 ч.
Особое значение имеют температуры начала и конца деформации при прокатке мелкосортных проволочнопрутковых полуфабрикатов. Прокатка прутков диаметром 8,0—60 мм только в ограниченном узком интервале температур позволяет получить на готовых горячекатаных прутках необходимые значения механических свойств и требуемую микроструктуру. При этом общая продолжительность пребывания метал та в печах при температуре нагрева под прокатку не должна превышать более 2,5 ч. Это время зависит от типа, конструкции, размеров печи, а также от количества одновременно загружаемых заготовок Оно устанавливается экспериментально с помощью образцов-свидетелей с зачеканенными термопарами, загружаемыми в печь вместе с садкой.
В практике работы прокатных цехов заготовку диаметром 115—140 мм для прокатки прутков диаметром 8,0—60 мм нагревают в электрических методических и садочных печах сопротивления, индукционных печах в комбинации с электрическими печами выравнивания, на контактных установках.
Наилучших результатов достигают на контактных установках Основное преимущество этих нагревательных установок заключается в высокой скорости нагрева. Так, если минимальное время нагрева в печах сопротивления 1,0—1,5 ч, в индукционных 5—10 мин плюс время пребывания заготовки в камере выравнивания, то время нагрева заготовки на контактных установках 1,5—3,5 мин. Точность нагрева в этих случаях достигает ±20° С.
Особенности нагрева и горячей прокатки прутков, предназначенных для штамповки лопаток и изготовления деталей крепежа. В настоящее время в качестве серийных материалов для изготовления лопаток применяют прутки диаметром 10—60 мм из титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9 и ОТ4. В качестве основного крепежного материала применяют прутки диаметром 4,0—16 мм из титанового сплава ВТ16.
Особенности нагрева и горячей прокатки сплавов ВТ3-1, ВТ8, ВТ9 и ОТ4 определяются требованиями к качеству прутков В частности, наиболее высокие показатели по пластичности и усталостной прочности имеет материал, если при его горячей прокатке не менее 40—50% деформации осуществлено при температурах (а+в)-состояния става. Прокатка при таких температурах ведет к значительному увеличению сопротивления деформации на обжимных и промежуточных проходах, росту удельных давлений, к перегрузке двигателей прокатных станов.
В этом случае процесс прокатки осуществляется в два этапа:
а) предварительная прокатка при температуре выше а+в—>в-превращения;
б) прокатка на выходной размер при температурах двухфазного а+в состояния сплава.
На стадии прерывания прокатки раскат должен быть охлажден до температур ниже 650° С.
Прокатку прутков диаметром 8,0 мм и более, а также заготовок под пруток диаметром 4,0—8,0 мм ведут с одного нагрева

Прокатку прутков, за исключением прутков, предназначенных для изготовления лопаток, как уже говорилось выше, ведут с одного нагрева по специальным калибровкам.
В связи с отсутствием возможностей на промышленных станах иметь специальную калибровку для каждой группы сплавов прокатку в основном ведут по объединенным групповым схемам. Многие исследователи делят все многообразие этих сплавов на три группы,
1. Сплавы ВТ20, ВТ22, ВТ8, ВТ9, ВТ3-1 и др., показатели уширения которых близки к показателям уширения конструкционных сталей.
2. Сплавы ВТ1-0, BT1-00, показатели уширения которых в 1,5—1,7 раза превышают показатели уширения сплавов первой группы.
3. Сплавы ВТ5, ВТ5-1 и др., показатели уширения которых в 1,8-2,0 раза превышают показатели уширения сплавов первой группы.
Однако величина уширения, помимо природы металлов, в значительной степени зависит от скорости прокатки, качества валков, температуры прокатываемого материала и валков, охлаждающей жидкости, диаметра валков, положения направляющих, износа и шероховатости валков.
Большинство перечисленных факторов непрерывно изменяется в процессе прокатки. Например, уменьшение диаметра валков уменьшает уширение, уменьшение диаметра валков зависит в свою очередь от ряда факторов — износа, прогиба и т. д.
Температура прокатки также является переменным фактором. В процессе прокатки температура, с одной стороны, снижается вследствие охлаждения, а с другой стороны, повышается за счет тепла, выделяющегося при деформации металла. Постоянно изменяется шероховатость и показатели износа калибров.
Влияние всех перечисленных факторов необходимо учитывать при наладке прокатного стана, а также при выборе особенностей принятых калибровок (выпуски калибров, радиусы закруглений калибров к буртам, величины зазоров между парой валков), допусков на овальность и точность готовых прутков.
Приведенные ранее калибровки при качественной наладке позволяют получать горячекатаные прутки с допусками, приведенными ниже.

Прутки поставляются заказчику различной длины в зависимости от требований технических условий. Так, прутки диаметром 110—275 мм могут поставляться длиной от 2 до 9 м. Прутки диаметром 65—150 мм — от 1 до 6 м, прутки диаметром 10—60 мм — от 3 до 6 м. Резку в меру осуществляют двумя способами: либо на гильотинных ножницах, либо методами газопламенной резки. Сложными являются вопросы правки титановых прутков и профилей. Практически для прутков диаметром 8—275 мм нет надежных методов холодной правки. Только прутки из сплавов ВТ1-0, BT1 00 и некоторых малолегированных титановых сплавов могут быть выправлены в холодном состоянии на обычной роликовой правильной машине. Прутки более прочных сплавов правят только в горячем состоянии.
Основным средством предотвращения кривизны прутка является правильная наладка валков прокатного стана, проводящей и привалковой арматуры. Частично кривизна прутков может быть уменьшена сжатием готового прутка направляющими линейками, манипуляторами стана. Для того чтобы сохранить горячекатаный пруток максимально ровным, его охлаждают на раскатном поле и выходных рольгангах прокатных станов до транспортировки его на холодильник или операцию резки в меру. Нормы допустимой местной кривизны горячекатаных прутков колеблются от 4 до 7 мм на погонный метр. Всякое отклонение нормы кривизны пои прокатке требует дополнительной правки. Такую правку с успехом проводят на растяжных электроконтактных установках. Пруток разогревают до температур 600—700° С, затем растягивают.
Для правки прутков диаметром 8—25 мм из титановых сплавов ВТ6, ОТ4, ВТ16, ВТЗ-1, ВТ8 и др. используют 5-т растяжную машину с мощностью установки контактного нагрева 240 кВт. Напряжение между губками контактов 24—40 В. При правке более сложных профилей применяют электроконтактные растяжные машины с вращающимися зажимными головками.
Прутки, разогретые до температур 600—700° С, могут быть выправлены также на специальных прессах, молотах, роликоправильных или других сортоправильных машинах. Кроме того, такие прутки могут быть выправлены путем обкатки в специальных двухвалковых роликовых машинах методами косовалковой прокатки.
Дефекты, возникающие при прокатке прутков и проволоки. Дефекты прокатного происхождения могут быть вызваны неправильным нагревом слитков (заготовки) при горячей прокатке, некачественной настройкой стана, низким качеством привалковой и приводящей арматуры, неправильной ее установкой, плохой калибровкой, неоптимальным температурным режимом прокатки, несоответствием скоростей прокатки в клетях непрерывной группы станов.
При нагреве титановых сплавов выше температур 1100—1150° С при значительной выдержке резко возрастает глубина газонасыщенного слоя, имеет место охрупчивание поверхностных слоев заготовки, что может явиться источником образования трещин, расслоений, глубоких поверхностных разрывов и закатов на готовом изделии.
Низкие температуры прокатки титановых сплавов могут приводить к разрушению металла в процессе прокатки, поломке валков стана, перегрузке двигателей и механического оборудования стана, к «оковыванию» валков стана по калибрам.
В процессе горячей и холодной прокатки металла довольно часты случаи появления дефектов, связанных с неправильным профилем прокатываемой полосы в процессе раскатки металла по калибрам. Основные виды дефектов следующие.
1. Нарушение формы поперечного сечения (косые и разносторонние квадраты, овалы, прямоугольники), что может иметь место в результате неправильной нарезки калибров валков из-за смещения ручьев калибра, из-за неправильной задачи металла в валки.
2. Свертывание полосы с образованием «лампасов» (заусенцев). Такие дефекты возможны в случае перекоса валков, задачи полосы на бурт, вследствие неравномерного нагрева слитков (заготовок), нарушения схем обжатий, неправильной установки привалковой арматуры, выходом ее из строя в связи с неисправностью или поломкой. Аналогичными являются дефекты, возникающие при переполнении калибра: те же «лампасы», заусенцы, рубчики, прикусы буртов калибров. Эти дефекты могут возникать в основном при неправильном расчете калибровки и некачественной наладке стана. Такие дефекты не устраняются при дальнейшей обработке и являются окончательным браком.
3. Закаты. Дефекты этого типа образуются, если полоса с одно- или двусторонним заусенцем, грубыми морщинами, царапинами от проводковой арматуры, обводных аппаратов, следами выработки калибров будет прокатана в последующем калибре или калибрах. Внешне закат похож на тонкую продольную трещину. Этот вид брака можно при небольшой его глубине устранить лишь механической обточкой. Зачастую его визуальным путем обнаружить невозможно, так как он мало заметен, но может быть выявлен методами технологического контроля, например, осадкой образцов на прессе или знакопеременной раскруткой (рис. 76). В процессе дальнейшей обработки, волочения, осадки этот дефект проявляется в виде различного рода расслоений.

При настройке стана необходимо особое внимание уделять проводковой арматуре. Низкое качество проводковой арматуры является источником значительного количества мелких поверхностных дефектов. Это различные риски, царапины от проводок, отпечатки и т. д.
Наконец, при прокатке в результате неправильной настройки стана может быть получена заготовка — пруток с повышенной овальностью. Такая заготовка является браком, исправление которого связано с большой трудоемкостью и значительными потерями металла при механической обработке.

При волочении обрабатываемый металл в виде заготовки постоянного поперечного сечения вводится в канал волочильного инструмента (волоки) и протягивается через него.
При напряженном состоянии, характерном для процесса волочения (одно растягивающее и два сжимающих главных нормальных напряжения), создаются условия, при которых пластичность протягиваемого материала становится наименьшей по сравнению с пластичностью этих же металлов почти при всех других процессах обработки металла давлением.
Пониженная пластичность металла при волочении обусловливает ведение серийных процессов волочения с небольшими частными деформациями. Это же явление не позволяет применять и значительные суммарные деформации, приводит к необходимости применения частых промежуточных отжигов.
Особенностью процесса волочения является интенсивное скольжение между поверхностью волоки и обрабатываемым изделием в условиях высоких давлений, развивающихся в очаге деформации, что приводит к выжиманию смазки, налипанию или навариванию металла на поверхность волоки, задиру поверхности проволоки, прекращению процесса во точения.
В этих условиях особое значение имеет состояние трущихся пар (волока — металл), качество материала смазки.
Волочильный инструмент. В качестве волочильного инструмента в промышленном производстве титановой проволоки широко применяют твердосплавные фильеры. Фильеры изготовляют из сплавов BК6, ВК8. Форма фильеры представлена на рис. 77.
Фильеры должны иметь полированную зеркальную рабочую поверхность без кольцевых и продольных рисок, без овальностей, выводящих фильер из допусков по диаметру.
Прогрессивным направлением современного волочения является деформация проволоки через свободно-вращающиеся (неприводные) ролики. Как правило, это две роликовые пары, последовательно расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, имеющие вырезанные калибры на рабочей бочке (рис. 78).

В настоящее время используют систему калибров круг — овал — круг. Этот процесс облагает рядом преимуществ перед во точением через твердосплавный инструмент, хотя напряженное состояние в деформационной зоне таких волок принципиально не отличается oт напряженного состояния при волочении через монолитную волоку, однако соотношение напряжений изменяется. Силы внешнего трения в калибрующем канале роликовой волоки в значительной мере заменяются силами внешнего трения в хорошо смазывающихся подшипниках опор.
Характер течения металла в деформационной зоне близок к прокатке в простых калибрах с натяжением полосы. Это позволяет увеличить единичные обжатия за проход, отпадает необходимость применения специальных смазок и покрытий заготовки перед волочением, улучшаются свойства протягиваемой проволоки. Большое преимущество таких волок заключается в возможности изменять в процессе волочения расстояния между дисками. Ролики просты в изготовлении и не требуют для своего изготовления специальных твердых сплавов. Применение роликовых волок дает возможность при волочении титановой проволоки повысить скорость обработки металла в два-четыре раза.
Подготовка поверхности проволоки к волочению. Для очистки поверхности горячекатаной и отожженной заготовки от ока тины и газонасыщенного слоя, возникших в процессе нагрева заготовки перед прокаткой или отжига в открытой атмосфере, производится ее травление Процесс травления состоит из двух основных операций.
1. Разрыхление окалины в щелочном расплаве. Состав расплава, %: каустическая сода NaOH 65—80, натриевая селитра NaNO3 15—30. Температура расплава 430—450° С Время обработки 30—45 мин. Поверхность проволоки после рыхления должна быть светлой со слабым налетом двуокиси титана.
2. Травление в водном растворе серной кислоты. Состав ванны может быть различным. Наиболее хорошие результаты дают растворы с присутствием иона фтора. Для травления титановой заготовки и проволоки может применяться, например, один из следующих водных растворов серной кислоты, %:
а) серная кислота H2SO4 20—30; плавиковый шпат CaF 0,05—0,4%;
б) серная кислота H2SO4 25—30, поваренная соль NaCl 1—3,5%; натриевая селитра NaNO3 1—4,0.
Травление проводят при температуре раствора 70—80° С в течение 15 —25 мин.
После операций промывки и сушки заготовку с чистой светлой поверхностью без следов побежалости и недотравов подвергают известкованию. Эта операция необходима для создания на поверхности проволоки искусственной шероховатости, способствующей при волочении захвату смазки из фильерной коробки и транспортировки ее в зону деформации. Кроме того, некоторое количество известкового раствора налипает на поверхность титана и служит подсмазочным слоем, препятствующим соприкосновению обрабатываемого материала и рабочей поверхности волоки. Состав известкового раствора, r/л: CaO 100—150; NaCl 80—100. Температура раствора при активном перемешивании его воздухом должна быть в пределах 50—70° С.
При обработке титана методами волочения важное значение имеют различного рода подсмазочные покрытия. Такие покрытия наносят в процессах фосфатирования, оксалатирования и др. Покрытия создают на поверхности проволоки и проволочной заготовки плотную пленку, прочность которой обеспечивает единичную или суммарную деформацию при волочении в пределах 35—40%.
Хорошие результаты показали покрытия титановой заготовки (сплавы ВТ 16, ВТ 100с) солями состава, %; NaCl 40, KCl 10, Na2CO3 20. Эти покрытия наносят погружением проволоки на 2—5 мин в расплав солей при температурах 650—720° С.
Такой обработке может подвергаться проволочная заготовка из любых титановых сплавов диаметром от 8.0 до 1,5—2,0 мм как перед теплым, так и перед холодным волочением
Смазка. Трение металла о стенки волочильного канала инструмента затрудняет процесс волочения, поэтому силы контактного трения необходимо уменьшать. Это достигается наряду с предварительной обработкой поверхности проволоки перед волочением применением смазок.
В качестве смазок при волочении титановой проволоки с применением подсмазочных покрытий используют мыльные порошки типа «Новость». Смазку загружают в фильерную коробку перед фильеродержателем, а полоса перед волочением проходит через некоторый объем смазки.
В деформационную зону смазка вовлекается с протягиваемым металлом. Недостаток такого процесса смазки заключается в том, что значительная часть смазки отгоняется, смазочная пленка резко утоняется при входе в зону деформации, а при некоторых условиях она во многих местах разрушается. В этом случае в местах разрушения смазочной пленки трение становится граничным и даже сухим. Толщина смазочной пленки зависит от скорости волочения, так как с изменением скорости меняется температура и адгезионные свойства смазки.
Применение в процессах волочения титана и его сплавов роликового инструмента дает возможность использовать в качестве технологической смазки дешевые водно-масляные эмульсии. В работе успешно применяли эмульсию состава эмульсол «59Ц» 25%, остальное вода. Эмульсию подавали в зону деформации при помощи принудительной циркуляционной системы.
Применение водно масляных смазок улучшает также условия охлаждения рабочего инструмента, однако увеличивает коэффициент трения системы волочильный барабан— проволока после деформации. Это явление в свою очередь приводит к необходимости изменять конструкцию волочильного барабана, увеличивать его угол сброса.
При волочении титановой проволоки угол сброса волочильного барабана должен быть в пределах 2,5—3°.
Сборные волоки. Все основные параметры волочения— усилия, максимальные вытяжки, расход электроэнергии, стойкость инструмента, скорость, качество получаемых изделий — самым тесным образом связаны с режимом трения в очаге деформации. Поэтому особое место занимает в процессах обработки титановой проволоки волочение через сборные волоки в условиях гидродинамического трения.
Применение сборных волок (рис. 79) основано на использовании гидродинамического клина. В конструкциях волок этого типа смазку в очаг деформации нагнетает сама обрабатываемая проволока. Сборные волоки состоят из напорной волоки, рабочей, или калибрующей волоки, уплотнительной стальной шайбы, полость которой выполняет роль нагнетающей трубки.

Зазор между напорной волокон и обрабатываемым материалом подбирается применительно к конкретному материалу и смазке. Величина его может колебаться в пределах 0,05—0,3 мм. Давление гидродинамического клина может достигать величины, превышающей предел текучести обрабатываемого материала.
Применение сборных волок позволяет достигать, например при волочении сталей, скорости волочения 40— 60 м/с.
Для сравнения ниже приведены значения скоростей волочения v, достигнутые для титановых сплавов:

Волочение титановых сплавов с подогревом. Трудно деформируемые титановые сплавы по своему поведению в процессе волочения можно разделить на две группы, сплавы с высоким пределом прочности (120—150 кгc/мм2) и сплавы, быстро упрочняющиеся в процессе деформации. Обе группы сплавов относятся к легированным титановым сплавам и обладают невысокой пластичностью при комнатных температурах. Учитывая, что характерной особенностью титановых сплавов являются близкие значения предела текучести и предела прочности, пластическая деформация начинается практически при напряжениях, близких к пределу прочности, поэтому волочение этих сплавов в холодном состоянии представляет значительные технологические трудности. Резкое снижение пластичности в процессе деформации позволяет осуществлять лишь незначительные частные деформации. Рекристаллизационные отжиги для этих сплавов приходится производить после деформаций 30—40%, и для таких сплавов, как ВТ3-1, ВТ8, BТ16, ВТ22 и др. после деформации на 15—20%.
Применение подогрева заготовки этих сплавов приводит к увеличению пластичности и технологичности при их обработке.
При теплом волочении изменяется характер распределения температур, а следовательно, и напряжений по сравнению с холодным волочением.
При холодном волочении повышение температуры металла в результате внешнего трения имеет место на контактной поверхности, поэтому периферийные слои металла в канале волоки и некоторое время после выхода из волоки имеют более высокую температуру, чем центральные. В связи с низкой теплопроводностью для титановых сплавов это явление имеет особое значение. Повышение температуры металла в периферийных слоях приводит к снижению прочности протягиваемого металла. Разность пределов текучести и прочности уменьшается, что неизбежно ведет к уменьшению возможных частных деформаций, снижению технологичности материала, уменьшению производительности.
При теплом волочении протягиваемый металл входит в зону деформации в подогретом состоянии с высокой пластичностью. В связи с интенсивным отводом тепла при контакте с волокой и влиянием окружающей среды периферийные слои охлаждаются быстрее центральных. В таких условиях с возрастанием продольных растягивающих напряжений в соответствующих поперечных сечениях зоны деформации к выходу температура понижается и, следовательно, возрастает прочность протягиваемого металла.
Другим преимуществом теплого волочения является уменьшение упрочнения проволоки в процессе волочения, что позволяет применять значительные суммарные и частные обжатия, интенсифицировать процессы волочения.
В настоящее время волочение при температурах 0,4—0,6 Tпл приобретает довольно большое распространение. Оно широко применяется при обработке проволочно-прутковых материалов из сплавов ВТ16, ОТ4-1, ВТ6Св и др.
Оптимальной температурой нагрева титановых сплавов перед волочением следует считать температуру 550—720° С.
Отсутствие быстрых дешевых методов нагрева перед волочением, а также необходимость предохранения поверхности титановых сплавов от окисления ограничивают возможности волочения с нагревом.
Для нагрева проволоки перед волочением применяют один из следующих методов
1) нагрев проволоки в электрической муфельной печи;
2) нагрев электроконтактным методом;
3) индукционный нагрев металла перед волочением;
4) нагрев металла перед волочением в расплавленных солях.
Проволока в электрической муфельной печи при простоте и компактности установки нагревается продолжительное время. Это приводит к появлению газонасыщенного слоя на поверхности проволоки, оказывающего вредное влияние на процесс волочения.
Электроконтактный метод нагрева отличается компактностью установки, простотой устройства (один контакт— волока, другой — вращающийся медный ролик), сравнительной быстротой нагрева. К недостаткам метода относится отсутствие надежного контакта в системе волока — металл — токоведущий ролик в связи с наличием смазочной пленки и, как следствие, неравномерность нагрева заготовки.
Этим методом нельзя нагревать заготовку из титановых сплавов, предназначенную для изготовления изделий ответственного назначения, поскольку такой нагрев приводит к неравномерности структурных и механических свойств металла после волочения по длине бунта.
В настоящее время разрабатывают контактные методы нагрева с контактами из жидких проводящих солевых расплавов Применение таких контактов позволит вывести контактный метод нагрева в чисто наиболее приемлемых для титановых сплавов.
Индукционный метод нагрева токами высокой частоты в процессе волочения обеспечивает высокую равномерность нагрева по длине проволоки, дает возможность получать стабильные механические свойства и структуру металла.
К недостаткам этого метода следует отнести низкую скорость волочения. Так, ламповый генератор типа ЛЗ-107В с мощностью, потребляемой от сети, 185 кВт и номинальной мощностью на колебательном контуре 100 кВт при частоте 66 Гц обеспечивает рабочую температуру 550—600° С на обрабатываемом металле лишь при скоростях 10—17 м/мин, т. е. в пять шесть раз ниже скоростей холодного волочения. Кроме того, на размерах проволоки ниже 5—4 мм коэффициент полезного действия установки резко падает Дальнейшее увеличение мощности делает установку рентабельной при нагреве заготовки диаметром 10—20 мм.
Наиболее приемлемым методом нагрева титановой проволоки перед волочением (за исключением контактного метода с контактами из жидких расплавов солей) следует считать нагрев в смеси расплавленных солей состава, %: NaCl 40, KCl 40, Na2CO3 20. Такой нагрев осуществляют погружением проволоки в расплав солей при температурах 550—780° С. Выдержка может быть в пределах 3—5 мин.
Метод нагрева в расплаве солей позволяет осуществить безокислительный нагрев металла с большой скоростью. Кроме того, соли, оставшиеся на поверхности проволоки, в результате смачивания ее расплавом, служат хорошим подсмазочным покрытием. Наличие на поверхности проволоки плотной соляной пленки позволяет производить волочение со скоростями 70—90 м/мин и более, в качестве смазки при этом может быть применена смесь из 90% мыла и 10% графита.
Дефекты проволоки. Встречающиеся в производстве дефекты готовой титановой проволоки подразделяются на:
а) скрытые или внутренние дефекты, расположенные во внутренних зонах проволоки и не выходящие на поверхность;
б) дефекты наружные, видимые невооруженным глазом;
в) дефекты, связанные с изменениями размеров сечения проволоки по длине бухты;
г) несоответствие микро- и макроструктуры и механических свойств (на полуфабрикатах, предназначенных для изготовления деталей крепежа, и лопаточных сплавах).
К числу наружных и скрытых дефектов проволоки относятся:
1) дефекты, возникающие при выплавке слитков;
2) дефекты прокатного происхождения, т. е. дефекты, обусловленные нарушениями в технологическом процессе горячей (или холодной) прокатки заготовок;
3) дефекты волочения и термической обработки.
Одним из видов дефектов литейного происхождения являются металлические и неметаллические включения. Это в основном могут быть частицы окалины, следы загрязнения шихты, непроплавившиеся компоненты шихтовых материалов и т. д. Эти включения, особенно расположенные в центральных слоях слитка, остаются в проволочной заготовке и после прокатки. В процессе волочения они снижают пластичность проволоки, препятствуют равномерности течения металла через очко фильеры, создают неравномерные напряжения, вызывая обрывы и расслоения, неравномерность механических свойств готовых изделий.
К дефектам литейного происхождения относятся также поры, повышенное содержание вредных примесей, несоответствие химического состава слитков заданным пределам.
Все перечисленные дефекты вызваны нарушениями технологического процесса отливки слитков. Принятая в настоящее время технология производства слитков практически полностью исключает образование дефектов и попадание их в проволочную заготовку.
Дефекты проволоки в процессе волочения возникают из-за нарушений технологического процесса и плохого качества исходного материала.
В связи с особенностями процесса волочения, интенсивным скольжением между поверхностью волоки и изделием в условиях большого давления в очаге деформации, выжиманием смазки, нарушением сплошности масляной пленки, недостаточным отводом тепла от рабочего инструмента, налипанием и навариванием частиц металла на рабочую поверхность волоки на поверхности проволоки возникают различные риски и надиры.
На проволоке из титановых сплавов чаще всего образуются риски и надиры, а также различного рода продольные расслоения. Причиной этих дефектов может служить неправильно подобранный профиль волоки, недостаточно тщательная полировка ее рабочей поверхности, низкое качество смазки, трещины на поверхности заготовки, выступающие части волоки или фильеродержателей, недостаточный отвод тепла от волоки (отсутствие или недостаточное количество охлаждающей жидкости, высокая скорость волочения, завышенная степень деформации за проход).
Дефекты в виде рисок, надиров, расслоений — практически неизбежный вид дефекта волочильного происхождения при обработке титановых сплавов без специальных подсмазочных покрытий или при использовании смазок из графита. Эти дефекты размером от 0,1 до 0,3 мм в зависимости от диаметра проволоки допускаются на сварочной титановой проволоке. Однако наличие этих дефектов ухудшает качество сварного шва, увеличивает газонасыщение его, приводит к повышенной пористости в металле шва.
При необходимости создания особо плотных швов эти дефекты на поверхности сварочной проволоки совершенно недопустимы. Риски, надиры, расслоения абсолютно недопустимы на полуфабрикатах, используемых для изготовления различных деталей крепежа (болты, заклепки, шпильки, гайки, штамповки и т. д.). Эти дефекты являются концентраторами напряжений, приводят к раскрытиям при операциях высадки, штамповки, накатки резьбы и т. д.
Такие дефекты, как забоины, уколы, раковины, могут появиться на поверхности титановой проволоки в процессе волочения в результате ударов проволоки о выступающие части оборудования, а также вследствие выпадения с поверхности мелких закатов инородного металла, металлической и неметаллической крошки.
При волочении с подогревом в случае пониженных температур и высокой степени деформации имеет место нарушение целостности металла, появление поперечных трещин, неравномерность структуры металла в готовых изделиях.
К таким же видам дефектов приводят нарушения режимов термообработки. Вследствие неравномерного нагрева бухты проволоки при термообработке может произойти неравномерный отжиг. Отжиг при пониженной температуре или уменьшении продолжительности выдержки не обеспечивает полного восстановления пластичности металла.
Термообработка при повышенных температурах или продолжительных выдержках ведет к росту зерна, тем самым к снижению пластичности металла, отклонениям от норм механических свойств на готовой проволоке.
В случаях отжига в вакуумных печах при нарушении режимов откачки воздуха или в вакууме (ниже 10 мм рт. ст.) при значительных натеканиях происходит насыщение поверхности проволоки кислородом, что в процессе волочения приводит к повышению хрупкости, резкому снижению пластичности.
В процессе волочения скорость движения элементарных объемов, расположенных у оси волочильного канала, выше, чем скорость движения объемов у поверхности, в результате чего периферийные слои отстают от внутренних. Ho в установившемся процессе волочения изделий большой длины, прогиб поперечного сечения незначителен, так как его величина гасится внутренними напряжениями, возникающими в проволоке. И только при подходе заднего конца заготовок к зоне деформации сопротивление сдвига в осевом направлении уменьшается, а отставание периферийных частиц от центральных увеличивается, в результате чего плоская торцовая поверхность заднего конца прогибается внутрь, образуя большие лунки.
При волочении проволоки из легированных титановых сплавов опережение периферийных слоев центральными достигает значительных величин. В связи с этим при некоторых условиях (некачественный отжиг, значительная степень деформации, низкая пластичность сплава, достаточно большая скорость деформации и т.д.) внутренние напряжения не в состоянии уравновесить различие скоростей течения металла. Такое явление приводит к разрыву проволоки по внутренним слоям. Дальнейшая вытяжка этих разрывов приводит к «трубочке», т. е. дефекту в виде трубчатой несплошности в центральных слоях проволоки. Правильный выбор режимов отжига и волочения полностью устраняет это вид брака.
Производство высококачественных титановых прутков предполагает полное удаление поверхностных дефектов как прокатного, так и волочильного происхождения.
В практике работы с титановыми сплавами широко распространены механические методы удаления дефектов такие, как бесцентровое точение и шлифование.