В условия постоянно растущей потребности различных отраслей промышленности в изделиях из титана и его сплавов как внутри страны, так и на экспорт, заготовительный цикл производства стал лимитирующим в выпуске заготовок продукции. Одним из «узких участков» производства оказалось получение горячепрессованных прутков Ø 152 мм из сплава Ti-6A1-4V под последующую прокатку на стане СРВП-130.
Прессование прутков ведется на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 3150 тс через матрицу, изготовленную из стали 5ХМ с наплавкой ВЗК (чрезвычайно дорогим наплавочным материалом, но без него вообще прессование невозможно). Но даже при наличии этой жаропрочной наплавки, содержащей около 70% кобальта, стойкость матриц была невелика – не выше 15 прессовок. При этом из-за налипания титана на матрицу ухудшалось качество поверх-ности прессованных прутков (риски, забоины, вмятины, отклонение геометрических размеров, повышение кривизны прутка). Существовавшая конструкция матрицы – сборная из двух полуматриц, бандажированная – приводила к образованию «лампасов» по местам разъема, удаление которых требовало дополнительных трудозатрат (зачистка абразивом), а также было связано с потерями чистого продукта. Сборная конструкция матриц была связана с ручным способом наплавки прутковым материалом ВЗК. Применение взамен указанного пруткового наплавочного материала проволоки «Сабарос Г-703» аналогичного химического состава позволило освоить автоматический процесс наплавки, что, в свою очередь, позволило изменить конструкцию матриц – делать их цельными. Однако стойкость матриц – 15 прессовок – осталась низкой, инструментальный цех не успевал снабжать производство матрицами, что создавало напряжение на производстве. Основные причины выхода матриц из строя: налипание прессуемого материала на рабочую поверхность вследствие контакта инструмента с горячим слитком; микротрещины, появляющиеся на рабочей поверхности вследствие вырывов металла рабочих поверхностей матрицы, схватывающихся с титаном при прессовании, что приводило к раннему износу и даже разрушению инструмента.
Исследования показали, что при нанесении на наплавленную рабочую поверхность промежуточного слоя методом электроискрового легирования (ЭИЛ) можно значительно уменьшить количество очагов адгезионного схватывания прессуемого металла с пресс-инструментом, что значительно увеличит продолжительность его жизни. Опытные работы велись нашим институтом в течение трех лет. Первоначальный вариант – электроискровое легирование твердым сплавом ВК8 – позволил увеличить стойкость в два раза. Дальнейшая оптимизация процесса, связанная с переходом на двухслойное покрытие, а также с увеличением мощности генератора импульсов, доведение частоты импульса от первоначального 100 Гц до 500 (что потребовало изготовления эксклюзивного генератора импульсов) привели к значительным результатам – сегодня эксплуатационная стойкость матриц составляет 60-70 прессовок (зависит от марки прессуемого сплава). Оптимальная технология отработана и реализована в условиях лабораторной базы Нижнетагильского технологического института (филиала) ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина». В процессе совершенствования технологии и оборудования сотрудниками был применен ряд ноу-хау, позволивших оптимизировать состав износостойкого покрытия, конструкцию электродов, электродержателя, рабочие режимы, а также конструкцию генератора импульсов.
Выводы
1. В НТИ (ф) УГТУ-УПИ создана оптимальная технология ЭИЛ, позволившая (вместе с изменением конструкции матрицы) повысить эксплуатационную стойкость матриц в 4-5 раз;
2. Упомянутые выше ноу-хау защищены тремя патентами РФ на изобретения, кроме того, институтом получено свыше 20 патентов РФ на полезные модели по совершенствованию процесса, оборудования, инструмента;
3. Описанный процесс внедрен в производство и используется на предприятии «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» в течение трех лет с годовой экономией свыше 5 млн руб. в год.
Нижнетагильский технологический
институт (филиал) ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ
им. первого Президента России Б.Н. Ельцина».
622031 Свердловская обл.,
Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 59
Тел.: +7 (3435) 25-6500,
факс (3435) 25-6311
