Способ обработки изделий из титановых деформированных сплавов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности, к комплексной термической, вакуумной и химико-термической обработке деталей из технического титана и двухфазных титановых сплавов и может найти применение в ювелирной промышленности, а также в приборостроении и космической технике. Техническим эффектом от реализации настоящего изобретения является повышение качества декоративных и оптических характеристик, улучшение технологичности и повышение коррозионной стойкости изделий из титановых сплавов. Одновременно снижается деформация изделий и уменьшается трудоемкость обработки. Предложенный способ предусматривает следующие операции, осуществляемые в следующей последовательности: механическую обработку, вакуумный отжиг при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления в течение 15-30 мин с регламентированными скоростями нагрева и охлаждения и старения в окислительной среде с получением текстурованной поверхности изделий. Механическую обработку проводят при классе чистоты и шероховатости поверхности R_a=0,06-1,8 мкм. Вакуумный отжиг проводят при разряжении 10^-4-10^-6 мм рт ст. В процессе осуществления способа все изделие или его часть могут быть подвергнуты какой-либо другой дополнительной обработке: на изделие может быть нанесено декоративное керамическое покрытие, либо изделие или его часть подвергают химическому или электрохимическому травлению. На все изделие или его часть может быть нанесен рельеф, например, шликерным красителем или лазером. 22 з.п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к комплексной термической, вакуумной и химико-термической обработке деталей из технического титана и двухфазных титановых сплавов и может найти применение в ювелирной промышленности, а также в приборостроении и космической технике.

Наиболее близким способом к предложенному является способ обработки титановых сплавов. Способ предусматривает насыщение титанового сплава водородом, последующий вакуумный отжиг при 700-1000^oC, горячую механическую обработку и последующее старение. Способ позволяет получить равноосную микроструктуру титановых сплавов.

К недостаткам известного способа можно отнести сложность осуществления, низкую технологичность, высокую трудоемкость, низкие терморадиационные свойства поверхности.

Техническим эффектом от реализации настоящего изобретения является повышение качества декоративных и оптических характеристик, улучшение технологичности и повышение коррозионной стойкости изделий из титановых сплавов. Одновременно снижается деформация изделий и уменьшается трудоемкость обработки.

Предложенный способ предусматривает следующие операции, осуществляемые в следующей последовательности: механическую обработку, вакуумный отжиг при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления в течение 15-30 мин с регламентированными скоростями нагрева и охлаждения и старение в окислительной среде с получением текстурованной поверхности изделий. Механическую обработку проводят при классе чистоты и шероховатости поверхности R_a=0,06-1,8 мкм. Вакуумный отжиг проводят при разряжении 10^-4-10^-6 мм рт. ст. с полированием отдельных частей поверхности. Изделия в процессе вакуумного отжига размещают на поддонах из алюмооксидной вакуумплотной керамики ВК-94-1. Вакуумный отжиг проводят со скоростями нагрева 350-800^oC и охлаждения 10-200^oC С/мин. Старение может осуществляться на воздухе при 500-600^oC или при остаточном давлении 120-510 мм рт.ст. с последующим охлаждением на воздухе или в электролитной плазме в течение 10-120 с. Для получения разнотонной поверхности старение проводят с перепадом температур в одной садке 50-100^oC.

В процессе осуществления способа все изделие или его часть могут быть подвергнуты какой-либо другой дополнительной обработке: на изделие может быть нанесено декоративное керамическое покрытие, например, напылением нитрида титана, нитрида алюминия или нитрида циркония толщиной 1-3 мкм или газопламенным напылением оксида алюминия. Покрытие может быть нанесено в последнем случае перед вакуумным отжигом, но может быть нанесено и после старения. Изделие или его часть также может быть подвергнуто химическому или электрохимическому травлению. В первом случае травление проводят перед старением, а во втором после. На все изделие или его часть может быть нанесен рельеф, который можно нанести, например, перед вакуумным отжигом шликерным красителем или лазером после старения.

Изделие или его часть можно отгравировать, например, фрезерованием перед вакуумным отжигом или после старения. Если изделия изготовляют сварными, то сварку целесообразно проводить перед вакуумным отжигом.

Сущность и технологические особенности предложенного способа состоят в следующем: вакуумный нагрев в заданном интервале температур приводит к формированию рельефной и зернистой структуры по всем поверхностям изделий и украшений, приобретающих оригинальную нестандартную декоративную форму, которая дополняется последующими цветовыми оттенками при старении и напылении. Степень формирования зерен с различной отражательной способностью зависит от времени выдержки и температуры, а также равномерности, либо определенной направленности вакуумного нагрева излучением тепла от нагревателей, а цвет и насыщенность тонов определяется окислительной способности атмосферы старения, его температурой и длительностью. Этим же определяется стойкость цветовых пленок во влажных атмосферах. Напыление декоративного покрытия определяет яркость, износостойкость и коррозионную стойкость поверхности изделий в работе.

Процессы вакуумного отжига осуществляли в печах ОКБ-8085 и СГВ-2.4/15М1, окислительное старение на воздухе осуществляли в печи СНО-274./9М и вакуумных шкафах СНВЛ-4/3.5, напыление в ионной плазме нитридов алюминия проводили на установке "Мир-2".

Пример 1. Наборные пластины оформления офиса из титанового сплава ВТ-1, лист 0,8 мм нагревали в вакууме 10^-4 мм рт.ст. при температуре 1350^oC в течение 3 мин при скорости нагрева 800^oC/час и охлаждали со скоростью 150^oC/мин до 600^oC, далее произвольно, все операции термообработки в вакууме проводили на подставке из керамики ВК-94-1. После охлаждения до комнатной температуры проводили фиксацию и окрашивание текстурованной поверхности окислительным нагревом при 500^oC в течение 30 мин. Далее на текстурованной поверхности, имевшей золотисто-соломенный цвет с фиолетовым оттенком, гравировали цифровые и буквенные обозначения и покрывали поверхность термостойким лаком. В результате обработки получены изделия без термической деформации и поводки с высокими оптическими свойствами и классом отделки поверхности, сохраняющие блеск и чистоту поверхности в течение 1-5 лет. При ионно-плазменном напылении на поверхность слоя нитрида алюминия толщиной 1-3 мкм поверхность приобрела блестящую синеватую окраску поверх желтоватой основы, получаемой после старения. Получен эффект объемной окраски.

Пример 2. Кольца ювелирные диаметром 18-24 мм изготовляли из титанового сплава ВТ-14 и обрабатывали по предложенной технологии. Вначале механически обрабатывали по внутренней и внешней поверхности и отжигали в вакууме 10^-6 мм рт. ст. при температуре 1270^oC в течение 15 мин при скорости нагрева 350^oC/ч и охлаждали со скоростью 10^oC/мин. Полученную текстуру бисерную разнозернистость фиксировали нагревом на воздухе при 520^oC, а затем напыляли нитрид титана при 350^oC в вакууме слоем 2-3 мкм. В результате обработки получены изделия с блестящим под золото узором и весьма высокой коррозионной стойкостью, а также с лучшими оптическими характеристиками: коэффициент поглощения солнечного излучения 0,80-0,81 и степень черноты 0,1-0,12.

Пример 3. Силовой корпус с основанием из титанового сплава ВТ-1 обрабатывали по предложенному способу. Вакуумный отжиг проводили в вакууме 10^-5 мм рт. ст. при температуре 1270^oC в течение 20 мин, совмещен отжиг с пайкой магнитной системы. Полученную текстуру фиксировали нагревом в вакууме 300 мм рт. стю при 600^oC c переносом на воздух и после получения поверхности фиолетового цвета покрывали корпус теплостойким лаком. В результате обработки получены изделия с оптимальными оптическими характеристиками, коэффициент поглощения солнечного излучения 0,64-0,65 и степень черноты 0,25-0,40. Одновременно снизились тепловая поводка по базовым поверхностям до 20-25 мкм.

При проведении опытов и производственных испытаний было показано, что характер и четкость, направление и оптические свойства, как и цветность, зависят от ряда технологических факторов, от степени развитости поверхности до предварительных операций деформации, зачистки и могут варьироваться в заданных пределах.

В таблице 1 приведены свойства поверхности титанового сплава ОТ-4-1 при изготовлении декоративных изделий по предложенному способу.

Таким образом, предложенный способ универсален и применим в нескольких областях техники и прикладного производства, не требует значительных энергетических затрат, осуществим в мелкосерийном производстве в условиях неспециализированных термических участков.

Формула изобретения

1. Способ обработки изделий из деформированных титановых сплавов, включающий вакуумный отжиг, механическую обработку и старение, отличающийся тем, что механическую обработку проводят перед вакуумным отжигом, отжиг проводят при температуре 0,7 0,8 температуры плавления в течение 15 30 мин с регламентированными скоростями нагрева и охлаждения, а старение осуществляют в окислительной среде с получением текстурованной поверхности изделий.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую обработку проводят при классе чистоты и шероховатости поверхности R_a 0,06 1,8 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумный отжиг проводят при разрежении 10^-4 10^-6 мм рт.ст. с полированием отдельных частей поверхности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумный отжиг проводят с размещением изделий на поддонах из алюмооксидной вакуумплотной керамики ВК-94-1.

5. Способ по 1, отличающийся тем, что вакуумный отжиг проводят со скоростями нагрева 350 800 град./ч и охлаждения 10 200 град./мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что старение проводят на воздухе при 500 600^oС.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что старение проводят при остаточном давлении 120 510 мм рт.ст. и охлаждении на воздухе.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что старение проводят в электролитной плазме в течение 10 120 с.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что старение осуществляют с перепадом температур в одной садке 50 100^oС для получения разнотонной поверхности.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере на часть изделия дополнительно наносят декоративное керамическое покрытие.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что покрытие наносят напылением нитрида титана, нитрида алюминия или нитрида циркония толщиной 1 3 мкм.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что покрытие наносят газопламенным напылением оксида алюминия перед вакуумным отжигом.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что покрытие наносят после старения.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно проводят травление по крайней мере части поверхности.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что проводят химическое травление перед старением.

16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что проводят электрохимическое травление после старения.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно наносят рельеф по крайней мере на часть поверхности.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что рельеф наносят перед вакуумным отжигом шликерным красителем.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что рельеф наносят лазером после старения.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно проводят гравирование по крайней мере части поверхности.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что гравирование проводят фрезерованием перед вакуумным отжигом.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что гравирование проводят после старения.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед вакуумным отжигом дополнительно проводят сварку изделий.

РИСУНКИ

Рисунок 1