Особенности термической обработки металлов и сплавов, применяемых в самолетостроении

I.Титановые сплавы. Сплавы ВТ1, ВТ4, ВТ5-1 и ОТ4 не упрочняются термообработкой. Для них применяется отжиг Тотж=500-800⁰С с целью придания наибольшей пластичности при операциях холодного пластического деформирования.

Для сплавов ВТ3-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ15, ВТ16, ВТ22, ВТ23, ВТ30, упрочняемых термообработкой, применяется кроме отжига окончательная термическая обработка – закалка с искусственным старением. Тз=750-900⁰С.

Охлаждающую среду (вода, масло, спокойный воздух) выбирают, исходя из необходимости получения заданной структуры при минимальной величине коробления.

Искусственное старение осуществляется длительной выдержкой при Тс=450-500⁰С.

Нагрев титановых сплавов при ТрОб осуществляется только в электрических печах обычно с защитной средой или в вакууме.

II. Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Из деформируемых сплавов все марки технически чистого алюминия, а также сплавы типа АМц и АМг не упрочняются ТрОб. Эти материалы подвергаются только высокому отжигу для полного разупрочнения или для повышения пластичности с сохранением полунагортованного состояния.

Для упрочняемых деформируемых сплавов, применяются следующие виды ТрОб:

1) Закалка. Проводится нагревом до температур Тз=500⁰С с охлаждением в воде комнатной температуры. Некоторые марки сплавов допускают охлаждение в кипящей воде, что значительно уменьшает поводку и коробление тонкостенных конструкций. Скорость нагрева под закалку плакированных материалов должна быть возможно более высокой, чтобы уменьшить диффузию упрочняющих компонентов в плакирующий слой;

2) Термическая обработка на возврат. Служит для придания закаленным и состаренным алюминиевым сплавам свойств свежезакаленного состояния. Для этого заготовки подвергаются кратковременному нагреву (в течение нескольких секунд или минут) до Тв=200-250⁰С. Термообработка на возврат применяется вместо повторной закалки к плакированным алюминиевым сплавам;

3) Старение. Нарастание прочности после закалки в процессе старения у алюминиевых сплавов различных составов происходит по- разному. У сплавов типа Д1, Д16, Д19 процесс естественного старения завершается за 4-5 суток, причем в первые 1,5- 7 ч пластичность уменьшается незначительно, в этот период сплавы можно подвергать операциям пластического деформирования. Сплав Д20 практически вообще не упрочняется в результате естественного старения. Детали из сплава Д16, предназначенные для работы при температурах , а также из ковочных сплавов АК4, АК6, АК8 и высокопрочного сплава В95 рекомендуется применять в искусственно состаренном состоянии. Искусственное старение осуществляется нагревом и выдержкой в течении нескольких часов при Тис=150-190⁰С;

4) Отжиг. Применяется в качестве межоперационной термообработки для снятия наклепа и повышения пластичности деформируемых алюминиевых сплавов. Перед последней операцией холодной ОМД для упрочняемых алюминиевых сплавов вместо отжига применяется закалка. Температура нагрева при отжиге для большинства алюминиевых сплавов составляет Тотж=350-400⁰С. Время отжига колеблется от нескольких минут до нескольких часов.

Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространены следующие виды ТрОб:

1) Т1 - искусственное старение, применяемое для ускорения упрочнения сплавов и улучшения ОМР;

2) Т2 - отжиг;

3) Т4 – закалка с последующим естественным старением;

4) Т5 – закалка и частичное (неполное) искусственное старение. Обработка по режиму Т5 позволяет обеспечить достаточную прочность при сохранении повышенной пластичности и наряду с Т4 получила широкое распространение в качестве окончательной ТрОб;

5) Т6- закалка и полное старение при более высоких температурах и с большей выдержкой, чем при Т5 (применяется только для сплава АЛ9);

6) Т7 – закалка и стабилизирующий отпуск для жаропрочных сплавов с целью получения высокой стабильности структуры при достаточной прочности;

7) Т8 – закалка и стабилизирующее старение. Применяется для получения повышенной пластичности и стабильности геометрических размеров вследствие снижения прочности по сравнению с режимами Т5, Т6, Т7.

III. Магниевые сплавы. Сплавы МА1, МА2, МА 3, МВ8, МЛ2 и МЛ3 не упрочняются термообработкой. Для них применяется только отжиг с целью снятия наклепа и внутренних напряжений. Высокопрочный сплав ВМ65-1 упрочняется искусственным старением, остальные сплавы – закалкой и последующим искусственным старением.

Химико – термическая обработка

ХТО подвергаются детали из конструкционной углеродистой и легированной сталей с малым содержанием углерода, при требовании высокой износостойкости поверхности и высокой вязкости сердцевины в сочетании с высокой прочностью.

Все виды поверхностного упрочнения повышают усталостную и коррозионно-усталостную прочность как углеродистой, так и легированной сталей.

Существуют следующие основные виды ХТО:

1. Цементация – диффузионное насыщение поверхности стальных деталей углеродом для повышения твердости, износостойкости и предела прочности. Применяется для деталей, работающих на трение при больших давлениях, когда требуется большая глубина твердого поверхностного слоя ( 0,5мм). Глубина слоя цементации (без учета припуска на шлифование) может быть до 1/16 наименьшей толщины детали в цементируемых местах, но не более 2 мм. Цементовать рекомендуется на глубину с интервалами: 0,5-0,8; 0,8-1,2; 1,2-1,6 и 1,6-2,0 мм. Цементации рекомендуется подвергать следующие марки сталей: 20; 20Х; 18ХГТ и др.

2. Цианирование – диффузионное насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом в расплавах, содержащих цианистые соли, для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости. Применяется для деталей, работающих на трение при небольших давлениях, когда нужно получить высокую твердость поверхности HRC и минимальное коробление. Глубина цианированного слоя ;

3. Нитроцементация – диффузионное насыщение из газовой среды поверхности стальных и чугунных деталей одновременно азотом и углеродом. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла (иногда и коррозионную стойкость). Применяется для деталей, работающих на трение при разных давлениях, глубина слоя h=0,2-1,0мм.Износостойкость нитроцементованных поверхностей на 20-30% выше износостойкости цементованной поверхности;

4. Азотирование – насыщение азотом поверхности металлических изделий (стальные и титановые) для повышения твердости, износостойкости, предела усталости и коррозионной стойкости. Применяется для деталей со сложной конфигурацией, работающих на износ без больших давлений, когда не допускаются значительные коробления и требуется особо твердый поверхностный слой. Твердость поверхностного слоя азотированных стальных деталей в 1,2-1,5 раза больше, чем цементованных и закаленных.