Характеристика губчатого титана как объекта механической обработки
|
В результате магниетермического процесса получают титан в виде не совсем правильных цилиндрических блоков губчатой структуры. Блоки губчатого титана измельчают, что позволяет использовать его для выплавки слитков титановых сплавов (шихтовать с другими металлами). Губчатый титан измельчают механическими методами. Блоки губчатого титана представляют собой спеченный прочный и вязкий материал, неоднородный по структуре и химическому составу. Несмотря на пористую структуру и сравнительно высокую чистоту титана (в чистом виде он имеет наименьшую прочность), блок в целом обладает большой прочностью и требует приложения значительных усилий для разрушения на куски. Конфигурация донной части блока губки зависит от формы ложного днища, она бывает плоской или слегка грибовидной (при изношенных днищах). Верхний торец блоков губки не имеет постоянной формы, он может быть овальным или заостренным, состоять из нагромождения гребешков и выступов. Боковая поверхность блоков содержит пустоты, иногда значительные. Более правильную цилиндрическую форму имеет нижняя, более плотная часть. В блоке губчатого титана на разной глубине имеются зоны с включениями низкокачественного металла (рис. 74). Так, донная часть блока ("нижняя пленка") загрязнена оксидами магния, титана, кремния, ферротитаном и другими примесями. Включения, как правило, абразивны и внедрены в вязкую основу качественного металла. На боковой поверхности блоков расположены очаговые включения, преимущественно в виде железистых пленок. Верхний торец блока губки может иметь незначительный слой дисперсного чистого или окисленного титана. Дисперсные включения губки склонны к возгоранию при механической обработке на воздухе.  Как было указано выше, перед отправкой потребителю из кускового губчатого титана должны быть полностью изъяты куски, обогащенные примесями или имеющие ясно различимые включения примесей; горелые, с окисленной поверхностью, хлоридные, "шламистые", железистые. Плотность губчатого титана по блоку колеблется в широких пределах: 1—3,5 г/см3. Она уменьшается снизу вверх и от центра к периферии. Блоки одинакового габарита могут иметь различную среднюю плотность в зависимости от режима процесса восстановления. Блоки губки, получаемые в крупных реакторах, как правило, обладают повышенной плотностью. Титановая губка — типичное поликапиллярное тело, в любой ее части имеются макро- и микропоры и капилляры. Поверхность блоков содержит множество выступов в виде хрупких сростков губки и дисперсных включений, которые могут осыпаться от трения и других механических воздействий. Гарнисажная губка, полученная в одном и том же реакторе, но в различных циклах, может заметно отличаться по объему, форме, прочности сцепления со стенками реактора. Для ее структуры характерны пространственно ориентированные сростки кристаллов. Верхняя часть блока и гарнисаж имеют повышенную концентрацию кислорода, азота, хлора. Боковой слой блока и гарнисажная часть содержат больше железа и никеля, концентрация которых убывает к центру блока. Нижняя зона блока (слой выше "нижней пленки") содержит больше железа, азота и кислорода, чем средняя зона. Отчетливые слои губки с повышенной концентрацией примесей позволяют при разделке блока и сортировке губки выделить металл высокого качества. Механические и технологические свойства губчатого титана изучены недостаточно. Некоторое представление о механической прочности губчатого титана можно получить из приведенных ниже данных. Сопротивление сжатию (рис. 75) возрастает с повышением плотности губки и степени деформации. С увеличением размеров кусков прочностные показатели губки имеют тенденцию к снижению, что обусловливается увеличением числа трещин и пустот при увеличении размеров куска. В процессе осадки губчатый титан интенсивно уплотняется (рис. 76). Прочность на изгиб, усилия и напряжения среза также в значительной степени зависят от плотности губки. Глубина внедрения инструмента при срезе до разрушения зависит от пластичности (вязкости). Напряжения среза примерно в 2 раза меньше напряжений текучести при осадке губки с одинаковой исходной плотностью и твердостью.  Повышение плотности с 3 до 4 г/см3 влечет за собой увеличение модуля сдвига с 40 до 120 мПа. Ударная вязкость губчатого титана примерно на порядок ниже ударной вязкости технически чистого титана, при плотности 3—3,5 г/см3 она составляет 5—8 Дж/см2. При ударе наблюдается местное разрушение не только в местах надреза, но и по сечениям, в которых имеется небольшое число дефектов, расположенных параллельно прилагаемой нагрузке. Относительно пригодности к механической обработке губчатый титан занимает как бы промежуточное положение между компактным и порошкообразным, особенно если учесть, что по структуре губчатый титан близок к спеченным титановым порошкам. Обрабатываемость компактного титана резанием вполне удовлетворительна, он легко поддается точению, строганию и фрезерованию. Обработка же губчатого титана резанием затруднительна, так как он образует большое количество выкрашивающихся частиц, которые затираются резцом, "схватываются" с ним, нагреваются и сильно окисляются. Эти явления усугубляются низкой теплопроводностью титана, которая значительно ниже теплопроводности железа.  Сравнительно легко губчатый титан разрушается клиньями при опоре куска на плоскости; в куске от внедрения клина создаются растягивающие напряжения. По прочности литой технически чистый титан близок к углеродистым и коррозионностойким сталям (табл. 26), однако из-за низкого модуля упругости при механической обработке обладает повышенной склонностью к упругому деформированию. Все это не позволяет применять на воздухе высокоскоростные методы механической обработки губчатого титана и инструмент с острой режущей кромкой. |
