Производство гранул титанового сплава Ti-6Al-4V

УДК 669.295:621.762:621.798

ПРОИЗВОДСТВО ГРАНУЛ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-6Al-4V

А.Е. Князев

Рассмотрен процесс производства гранул сплава Ti — 6Al — 4V фракции (-500+45) мкм методом плазменной плавки и центробежного распыления вращающейся заготовки (PREP) для поверхностного напыления. Показано, что в процессе плазменного распыления не происходит дополнительного насыщения гранул газовыми примесями (N2, O2, H2) по сравнению с исходным металлом.

Ключевые слова: гранулы титановых сплавов, плазменное распыление, PREP, газовые примеси.

Production of Ti-6Al-4V Titanium Alloy Powder. A.Ye. Knyazev.

The paper covers production of Ti-6Al-4V titanium alloy powder (size fraction is -500+45 ^m) via PREP technique for surface deposition. It is shown that in comparison with initial metal, extra saturation of powder with gaseous impurities (N2, O2, H2) does not occur.

Key words: titanium alloy powders, plasma spraying, PREP, gaseous impurities.

В последнее время все большее применение находят методы поверхностного напыления для получения покрытий высокого качества. Среди исходных материалов для нанесения покрытий широкое распространение получили гранулы титановых сплавов и легированных сталей. Для обеспечения высококачественных покрытий требуются и соответствующие исходные материалы.

В ВИЛСе разработали технологию и изготовили гранулы сплава Ti-6Al-4V фракции (-500+45) мкм методом PREP (плазменная плавка и центробежное распыление вращающейся заготовки).

Как известно, основными преимуществами процесса PREP являются:

- сферическая форма частиц гранул без сателлитов, что способствует превосходной текучести и высокой насыпной плотности;

- возможность управления распределением частиц по размеру;

- высокая чистота;

- низкое содержание газовых примесей (по сравнению с исходными заготовками);

- отсутствие внутренней пористости и неметаллических включений;

- пригодность для высококачественного процесса прямого (без катодов) плазменного напыления.

Исходным материалом для получения гранул титанового сплава Т1-6Д!-4У служили мерные (58x580 мм) горячекатаные прутки двойного переплава, соответствующие требованиям ДМБ 4928Р, производства ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

Результаты входного контроля химического состава заготовок представлены в табл. 1.

Плазменное распыление заготовок на гранулы проводили на установке плазменной плавки и центробежного распыления УЦР-3М (см. рисунок) в атмосфере гелия высокой чистоты при токе плазменной дуги 550700 А и напряжении дуги 58 В. Необходимое количество гранул было произведено за 30

Результаты входного контроля химического состава (% мас.) прутков Таблица 1

C Al V Mo Cu Mn Zr Sn N2 Fe O2 H2

0,03 6,2 4,1 <0,01 <0,01 <0,01 0,01 <0,01 <0,01 0,25 <0,18 0,0036

циклов распыления, что обусловлено малой производительностью установки УЦР-3М.

Установка УЦР-3М

Перед физико-механической обработкой от гранул каждого цикла плазменного распыления проводили отбор проб для определения химического состава и присутствия медных включений. Проведенный анализ показал, что содержание газовых примесей, способных оказать негативное воздействие на свойства гранул (Ы2, О2, Н2), в каждом из циклов распыления примерно равно содержанию газовых примесей в исходных заготовках (табл. 2). Это свидетельствует о том, что в процессе плазменного распыления не происходит дополнительного насыщения ме-

талла газовыми примесями, что объясняется высокой чистотой гелия и низкой степенью натекания в установку (менее 6 мВ) [1, 2].

Ни в одном из циклов распыления частиц меди не обнаружено. Это в значительной степени связано с применением новой конструкции медного сопла, практически исключающего попадание материала медного сопла в массу гранул [3]. Выход годного по операции плазменного распыления составил 88,3 %.

После плазменного распыления гранулы подвергали последовательно магнитной сепарации для удаления магнитных частиц из массы гранул, рассеву на фракцию (-500+45 мкм) согласно требованиям заказчика, а затем аэродинамической очистке гранул от остатков мелкодисперсной фракции и включений. Выход годного по физико-механической обработке гранул составил 81,6 %. В связи с тем что все гранулы были изготовлены из одной партии заготовок, на одном и том же оборудовании, в одних технологических условиях, после физико-механической обработки они были объединены и усреднены. Фракционный состав приведен ниже, химический - в табл. 3. Окончательный выход годного составил 72,1 %.

Фракционный состав партии гранул

Фракция, мкм.........+500 -500 +50 -45

Содержание, %.........Следы 99,5 0,5

Таблица 2

Содержание газовых примесей (% мас.) в циклах распыления

Номер цикла °2 Н2 Номер цикла °2 Н2

1 0,006 0,18 0,0016 16 0,004 0,17 0,001

2 0,005 0,17 0,0015 17 0,005 0,17 0,0011

3 0,005 0,17 0,0016 18 0,005 0,17 0,0011

4 0,005 0,16 0,0011 19 0,007 0,17 0,001

5 0,006 0,16 0,0009 20 0,005 0,17 0,0011

6 0,009 0,16 0,0017 21 0,007 0,16 0,0013

7 0,005 0,17 0,0013 22 0,008 0,17 0,001

8 0,008 0,17 0,001 23 0,007 0,17 0,001

9 0,005 0,17 0,001 24 0,008 0,162 0,001

10 0,005 0,17 0,001 25 0,008 0,169 0,001

11 0,005 0,16 0,0012 26 0,009 0,167 0,001

12 0,003 0,16 0,0012 27 0,008 0,171 0,0014

13 0,005 0,16 0,0014 28 0,008 0,162 0,001

14 0,004 0,16 0,0019 29 0,007 0,168 0,001

15 0,005 0,18 0,0016 30 0,006 0,16 0,001

ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ № 4 2010

47

Таблица 3

Средний химический состав (% мас.) партии гранул

С Д! V Мо Си Мп 7г Бп Ге 02 Н2

0,030 6,22 4,11 <0,01 <0,01 <0,01 0,010 0,01 0,257 0,0061 0,167 0,00121

Усредненный химический состав партии гранул (см. табл. 3) соответствует химическому составу исходных заготовок.

После усреднения определили плотность гранул вследствие виброуплотнения и плотность компактного образца из гранул (табл. 4).

В ходе проведения работы определены технологические параметры производства

гранул для поверхностного напыления. Изготовлено более 1 т годных гранул с содержанием газовых примесей (Ы2, 02, Н2) на уровне исходных заготовок и с высокими технологическими свойствами, такими как плотность гранул после виброуплотнения и плотность компактного образца.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Блошенко В.В., Ольшанский Е.Д., Мусатов М.И. и др. Получение титановых гранул// Металлургия гранул. - М.: ВИЛС. 1984. Вып. 2. С. 159-163.

2. Арбузова Л.А., Мусиенко В.Т., Митрофанова А.Е. Источники загрязнения гранул никелевых сплавов кислородом и способы снижения его содержания//Металлургия гранул. - М.: ВИЛС. 1983. Вып. 1. С. 77-84.

3. Кошелев В.Я., Князев А.Е. Модернизация сопла плазмотрона для полного исключения уноса меди при производстве гранул жаропрочных никелевых сплавов/В кн.: Проблемы создания перспективных авиационных двигателей. - М.: ЦИАМ. 2005. С. 256-259.

Таблица 4 Плотность после виброуплотнения и плотность компактного образца

Плотность*, г/см3 Плотность гранул после виброуплотнения

прутка компактного образца из гранул г/см3 %

4,390 * Опр опреде цов. 4,390 еделение плотности ления массы и объе 2,814 проводили п эма исследуе 64,1 осредством мых образ-

48 ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ № 4 2010