1.5. Технологія виготовлення важконавантажених порошкових крнструкційних матеріалів на основі заліза
Для виготовлення важконавантажених деталей необхідно застосовувати матеріали підвищеної міцності, яка для порошкових матеріалів на основі заліза істотно залежить від пористості. Тому для повної реалізації властивостей порошкових матеріалів необхідно отримувати їх з мінімально можливою безпористою структурою. При цьому немає необхідності домагатися її подібності зі структурою відповідних литих сталей, оскільки порошкові матеріали мають більш дрібнозернисту структуру, що забезпечує підвищення твердості і зносостійкості деталей.
Високі міцнісні властивості важко навантажених порошкових деталей, що працюють в умовах значних статичних, ударних або циклічних навантажень, можуть бути досягнуті при їх пористості менше 2%. Необхідну щільність деталям надають, застосовуючи високоенергетичні методи формування, просочуючи пористі заготовки легкоплавкими металами (мідь, латунь, евтектичних сплави на основі заліза та інших металів), а також легуючи їх марганцем, нікелем, хромом, молібденом.
Отримувати вироби високої щільності дозволяє формування їх ударним і гідродинамічним пресуванням, штампуванням, ізостатичного пресуванням, екструзією, пропиткою пористих прессовок рідкими металами.
Ударне пресування полягає в ущільненні металевих порошків у закритих прес-формах з високою швидкістю навантаження пуансона, яка може досягати 300 м / с. Пресування виробляється на пневмо- або гідромеханічних молотах. Бойок молота, що рухався з великою швидкістю (до 60 м / с), б'ючи по пуансон, забезпечує додаток до порошку значно більшого тиску, ніж при статичному пресуванні. Це дає можливість пресувати вироби з металевих порошків до відносної щільності 96-97%.
Перед ударним пресуванням металевий порошок в матриці необхідно ущільнити до відносної щільності 40-50%. Це перешкоджає затікання частинок матеріалу в зазор між матрицею і пуансоном, знижує втрати на тертя (на 7-19%), сприяє підвищенню щільності виробів на 1,5-2% і зменшує коефіцієнт бокового тиску.
Ударне пресування виробів з подальшим спіканням успішно замінює дворазове статичне пресування з наступним спіканням, що обумовлено більш високою ефективністю процесу за рахунок скорочення кількості технологічних операцій. Крім того, механічні властивості виробів, отриманих ударним пресуванням, вище внаслідок утворення якісного металевого контакту між частинками. Цьому сприяє теплота, що виділяється і акумулюються в зоні контакту частинок, в результаті чого температура в момент програми навантаження може перевищувати 1000 ° С. Збільшення площі металевого контакту між частинками супроводжується накопиченням дефектів кристалічної будови матеріалу, що призводить до інтенсифікації процесу спікання. В результаті тривалість ізотермічної витримки при спіканні таких пресовок зменшується в 1,5-2,0 рази. Технологічні можливості даного методу розширює двосторонню додаток навантаження до пресованого порошку, що дозволяє виготовляти більш складні деталі з рівномірним розподілом щільності за обсягом.
Гідродинамічний пресування, що сполучає гідростатичний і імпульсна пресування, ефективно при отриманні пресовок складної форми з рівномірним розподілом щільності за обсягом. Джерелом енергії в застосовуваних для цієї мети гідродинамічних установках служить тиск газу, що виникає при спалюванні пороху в замкнутому обсязі. Енергія стисненого газу через поршень передається рідини, яка рівномірно стискає порошок, поміщений в еластичну оболонку. Нерівномірність розподілу щільності в отриманих у такий спосіб пресування складної форми не перевищує 1-1,5%, як і при гідростатичним пресуванні. Пресування, як і у випадку ударного пресування, характеризується якісними металевими контактами між частинками з високою концентрацією дефектів кристалічної будови.
Схема 3. Технологічний процес виготовлення порошкових деталей з використанням штамповки
Звичайно пресування здійснюється на гідродинамічних машинах ГДМ6—190/700 з внутрішнім діаметром контейнера 190 і заввишки 700 мм. Продуктивність при пресуванні великогабаритних заготовок досягає 10 шт/год.
Штампування можна застосовувати в різних варіантах технологічного процесу виготовлення щільних порошкових виробів (схема 3). Використовуючи її, отримують деталі широкої номенклатури: важелі, втулки, кільця, шатуни, шестерні, вали і ін. Більшість деталей виготовляють в закритих штампах, що дозволяє досягти високої точності деталі при практично повній відсутності відходів початкових матеріалів. Холодне штампування, на відміну від гарячіше, забезпечує високу чистоту поверхні деталі і виключає її окислення. Холодному штампуванню піддаються порошкові заготовки з відносною щільністю 85—90 %. При цьому ступінь їх деформації не повинен перевищувати 50 % для вуглецевих і низьколегованих сталей і 70 % для сплавів на основі міді. Вищий ступінь деформації приводить до появи тріщин і руйнування виробів.
Рис. 2. Залежність щільності виробу із сталі СП-70 від зусилля (а) і міцності виробу від температури гарячого штампування (б).
Виготовлення деталей гарячої штампуванням можна проводити з попередніми спіканням заготовок або без нього. Вибір технологічної схеми визначається складом вихідної шихти. При використанні в якості вихідних матеріалів сумішей порошків для забезпечення сплавостворення і гомогенізації продукту спікання є обов'язковою операцією, тому що в противному випадку штамповані вироби з таких порошків мають низькі механічні властивості через гетерогенності структури. Для однокомпонентних і попередньо легованих порошків використовують технологічний процес без спікання.
Важко навантажені деталі на основі заліза піддаються гарячої штампування при температурі 800-1300 ° С (застосування більш високих температур сприяє кращому ущільнення, але при цьому підвищується знос штампу). Залишкова пористість деталі залежить від величини прикладається тиску, яке повинно перевищувати межу плинності матеріалу. У цьому випадку за рахунок пластичної течії матеріалу заготовки забезпечується висока швидкість деформації. Залежність міцності і щільності виробів від температури і величини тиску гарячого штампування для сталі СП-70 наведена на рис. 2. З малюнка видно, що для суттєвого ущільнення заготовок із сталі при гарячої штампуванні необхідно докласти тиск більше 600 МПа і розвинути температуру вище 800 ° С. Міцністні властивості штампованих порошкових деталей наближаються до властивостей литих, а в деяких випадках і перевищують їх. Так, наприклад, міцнісні характеристики порошкових сталей 40Х і 65Г, незважаючи на наявність залишкової пористості до 3%, вище відповідних характеристик Прокачаний сталей цих же марок. Це обумовлено тим, що при штампування, внаслідок інтенсивної пластичної деформації частинок матеріалу, утворюються міцні зв'язки на контактних поверхнях, відбувається між- і внутрішньокристалідне зрощення внаслідок активації процесів дифузії на приконтактних ділянках частинок. За рахунок виходу на них дислокацій і вакансій. Крім того, підвищені міцнісні властивості штампованих деталей забезпечуються дрібнозернистою структурою, характерною для порошкових матеріалів.
Ізостатичне гаряче пресування дає можливість поєднати процес всебічного ущільнення з спіканням виробів при температурах до 2000 ° С. Процес проводиться в газостатах, що представляють собою автоклави з розміщеними в них нагрівальними приладами. Ущільнення порошків проводять у металевих контейнерах, виготовлених з пластичних маловуглецевої сталі, нікелю і тугоплавких металів, при тиску інертного газу до 300 МПа. Порошок перед пресуванням піддають віброущільненню в контейнері і вакуумують.
Екструзія застосовують для отримання виробів або напівфабрикатів з великим відношенням довжини до поперечного перерізу, таких як листи, труби, куточки і т. п. Екструзія заготовок проводять як в гарячому, так і в холодному стані. Холодної екструзії піддають порошкові або горячоспресовані заготовки. Заготовки безпосередньо після пресування піддають тільки гарячій екструзії.
Пропитка пористих металевих пресовок розплавами металів і сплавів є поширеним способом отримання високоміцних деталей конструкційного призначення. Перевага цього способу полягає в тому, що просоченню можуть піддаватися заготовки з пористістю більше 15-20%. Останнє дозволяє проводити пресування при низькому тиску, що підвищує стійкість прес-форм. Відсутність усадки при просоченні дає можливість отримувати деталі точних розмірів.
Просочення можна проводити двома способами: зануренням пористої заготовки в розплав металу і спільним нагрівом її у контакті з пресуванням просякнута металу, за обсягом відповідного обсягу пір пористої заготовки. Перший спосіб має недоліки: деталі після просочення необхідно очищати від надлишку просякнута металу; процес необхідно вести в захисному середовищі, щоб запобігти окислення матеріалу заготовки, оскільки останнє знижує якість просочення. Вказані недоліки є причиною того, що цей спосіб не знаходить широкого застосування.
Найчастіше застосовують другий спосіб, при якому пористу заготовку і брикет просякнуту металом нагрівають в захисному середовищі. Щоб насичуючі матеріал не розтікався, кожну пару деталь - насичуючі брикет відокремлюють один від одного шарами глинозему або укладають в окремі вогнетривкі форми. Для запобігання напливів просякнута матеріалу його масу визначають виходячи з пористості заготовки.
Широке застосування знаходить також спосіб просочення пористих заготовок зануренням їх у розплав без застосування захисних середовищ. У цьому випадку заготовку спочатку просочують наповнювачами, температура плавлення яких нижче, ніж температура плавлення просякнута металу. В якості наповнювачів використовують вуглеводні або галогеніди NaCl, KCl, ZnCl2 та їх суміші з додаванням 0,5-1,0% NH4C1 для підвищення рідкотекучістю. Під час просочення заготовки розплавленим металом наповнювач витісняється з пор і, розкладаючись, перешкоджає окислення матеріалу основи. Режим просочення визначається температурою плавлення, плинністю наповнювача і розмірами деталей. Продуктивність процесу підвищується при поєднанні операцій просочення наповнювачами і попереднього нагріву деталей. Наприклад, при просочення пористого заліза латунню пористу заготовку спочатку занурюють у ванну з NaCl при 850 ° С на 1,0-1,5 хв, а потім переносять її на 15-20 с у ванну з розплавом латуні при температурі 950-1000 ° С . Просочену деталь витягують з розплаву на повітря і очищають її поверхню від надлишків латуні.
Можливе також просочування наповнювачем і металом в одному тиглі. При спільному розплавлюванні наповнювача і просочуються металу утворюється розслоєння. Внаслідок більш низької щільності наповнювач розташовується у верхній частині тигля, а розплавлений метал - у нижній. Пористу заготовку спочатку занурюють у верхній шар для прогріву і просочення наповнювачем, а потім - у нижній шар, де і відбувається просочування розплавленим металом.
Під час просочення можна поєднувати процеси заповнення пір розплавленим металом і з'єднання окремих пористих деталей простої форми у виріб складної форми. Так виготовляють блоки шестерень, трійники та ін
При необхідності збільшення зносо- або корозійної стійкості конструкційних матеріалів на основі заліза застосовують просочення пористих заготовок неметалевими розплавами. Так, наприклад, для отримання корозійностійких безпористих виробів з порошку сталі Х23Н18 застосовують просочення заготовок розплавленим склом, що здійснюється в середовищі водню або у вакуумі. Для очищення поверхні виробу від надлишку скла його після просочення охолоджують у воді безпосередньо від температури просочення.
Для підвищення зносостійкості виробів із залізних порошків, що працюють при підвищених навантаженнях в умовах обмеженого підведення мастила, пористі заготовки також просочують розплавом скла. У цьому випадку на межі розділу твердої і рідкої скляної фази відбуваються взаємодія кремнезему з поверхневими оксидами заліза, розчинення їх у склі та освіта силікатів.
Узагальнена технологічна схема отримання важко навантажених деталей конструкційного призначення наведена нижче (схема 4).
Розглянуті вище способи застосовуються для отримання конструкційних виробів різного призначення. Так, наприклад, для виготовлення важко навантажених деталей шихту, що складається з порошків заліза (70%), білого чавуну (20%) і стали Х30 (10%), пресують при тиску 600 МПа, спікають при 700 ° С протягом 1 год, пресують при 800 МПа і спікають при 1200 ° С протягом 2 ч. Після гарту у воді з температурою 840 ° С отримують гетерогенну структуру з окремими зернами основного металу з високим вмістом хрому, оточеними низьколегованих феритоперлітом. Остання забезпечує високу зносостійкість в умовах тертя.
Схема 4. Узагальнена технологічна схема виготовлення важконавантажених порошкових конструкційних
З цією ж метою порошки мартенситних-старіючих сталей або суміш порошків заліза, нікелю, кобальту і молібдену пресують при тиску 600-800 МПа і спікають заготовки при 1200-1300 ° С протягом 3-4 ч. При охолодженні деталей в матеріалі відбувається мартенситних перетворення . Потім проводять старіння при 450 - 500 ° С протягом 3-4 год і повторну обробку тиском, наприклад обтиснення прокаткою. При ступені обтиску 60% і більше виходить практично беспорістая сталь, яка має структуру безвуглецевого дрібнозернистого мартенситу. Міцність таких сталей, залежно від складу та режимів отримання, досягає 1000-2500 МПа, а відносне подовження - 0,5-6%, що лише трохи гірше аналогічних характеристик для литої сталі ідентичного складу.
Порошкову високомарганцеву сталь отримують з механічної суміші порошків заліза, феромарганцю та сажі або сірого чавуну, взятих в необхідних кількостях. Пресують заготовки при тиску 450-500 МПа і потім спікають при 1100-1200 ° С протягом 15-20 хв у середовищі суміші водню з природним газом, добавка якого запобігає зневуглецювання. Після гарячого штампування вироби виходять практично безпористим і по міцності не поступаються кованій литій сталі.
Для підвищення експлуатаційних властивостей порошкових конструкційних деталей використовуються практично всі відомі методи термічної і хіміко-термічної обробки, що застосовуються для звичайних сталей. Можливість термообробки звичайних сталей визначається складом сталі, теплопровідністю, швидкістю охолодження і розмірами деталі. При визначенні режимів обробки порошкових сталей необхідно враховувати залишкову пористість, яка має суттєвий вплив на теплопровідність, і, як наслідок, на фазові перетворення, що протікають при охолодженні. Крім того, при загартування наявність пір викликає інтенсивне освіта парової сорочки, такою, що ускладнює тепловідвід від поверхні деталі, і сприяючи утворенню плямистої твердості.
З підвищенням пористості збільшується швидкість розкладання аустеніту, підвищується температура мартенситних перетворення. Істотний вплив має пористість і на швидкість охолодження порошкових сталей. Так, при охолодженні деталей пористістю 10-13% на глибині 2 мм швидкість охолодження у воді досягає 510, а при пористості 24%-тільки 290 ° С / с. Зниження швидкості охолодження пористих сталей по глибині знижує їх прогартованість, що необхідно враховувати при загартування виробів. У цьому випадку утворюється мартенситних шар може мати малу товщину і при високих контактних навантаженнях здатний продавлювати.
Загартування вуглецевих і низьколегованих порошкових сталей проводять від температур, на 50-80 ° С перевищують точку АС3. Як охолоджувальних середовищ використовують воду або водні розчини солей, а для сталей, схильних до крихкості і розтріскування - масло. Для збільшення швидкості охолодження виробів у гартівних середовищі їх необхідно енергійно перемішувати, тим самим порушуючи утворюється парову сорочку. Більш інтенсивне охолодження забезпечується струменями води. Температурні режими загартування порошкових безпористих сталей, отриманих гарячим пресуванням, гарячої штампуванням та іншими високоенергетичними методами, аналогічні режимам обробки звичайних сталей.
Таблиця 3. Режими хімико-термічної обробки порошковых сталей (γ > 7,2 г/см3>
Нагрів під загартування пористих сталей необхідно проводити в безокислюваному середовищі. Температурні режими відпуску порошкових сталей аналогічні режимам відпуску звичайних сталей.
Цементацію проводять з метою збільшення в поверхневому шарі змісту вуглецю до 1,0%. Збільшення пористості до 10% викликає збільшення глибини цементації в 2-3 рази в порівнянні з безпористою сталлю. При цементації залізних виробів підвищується їх міцність. Так, наприклад, при цементації в твердому карбюризаторі при температурі 920 ° С протягом 6 год зразки пористістю 7-8 і 13-15% мали однакову міцність (σв = 300 ... 330 МПа), що пояснюється більшою глибиною цементованих шару у зразків з більшою пористістю. Цементацію проводять при температурі вище АС3 у твердих і газоподібних містять вуглець середовищах. Після цементації вироби можуть піддаватися гарту і відпустки.
Азотування проводять при більш низьких температурах (450 - 650 ° С) в середовищі дисоційованому аміаку для підвищення твердості, зносостійкості, опору задирів.
Інші види хіміко-термічної обробки проводяться за режимами, встановленими для литих сталей. Деякі режими поверхневого зміцнення наведено в табл. 3.
1.6. ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ПОРОШКОВИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Нижче розглянуті конструкційні матеріали спеціального призначення на основі берилію, магнію і титану, що знаходять широке застосування в авіаційній і космічній техніці.
Схема 5. Технологічна схема виготовлення конструкційних деталей з берилію.
Сплави берилія мають низьку щільність, високий модуль пружності, корозійну стійкість. Технологія отримання порошкових берилієвих виробів включає операції отримання порошку, формування заготовок, їх спікання і гаряче пресування. Порошок берилію отримують відновленням галогеновмісних з'єднань берилію магнієм, натрієм, кальцієм, а також подрібненням стружки, отриманої при обробці різанням відлитих у вакуумі злитків. Технологічна схема отримання порошкових берилієвих виробів приведена вище (схема 5).
Для отримання виробів з підвищеною щільністю застосовують гаряче пресування і просочення заздалегідь спечених порошкових заготовок. Гаряче пресування проводять при температурі 550—600 °С і тиску 800 Мпа або при температурі 1000— 1100°С і тиску 10—15 МПа (рис. 3). Тривалість витримки під тиском залежить від температури пресування і складає 1—5 хв при 1100 і 10 мін при 800 °С.
Рис. 3. Вплив температури t на тиск пресування Рпр, необхідний для отримання безпористих заготовок берилію.
В якості захисного середовища використовують інертні гази під тиском 0,7-2,0 МПа. Великі заготовки (масою більше 20 кг) можуть бути отримані гарячим пресуванням у вакуумі при температуре1050 ° С і тиску 0,5-1,0 МПа. Пресування при температурі до 800 ° С проводять в прес-формах з жароміцною сталі, а при температурі понад 800 ° С - в прес-формах з щільного графіту.
Вироби високої точності із сплавів берилію одержують гарячим пресуванням у профільованих сталевих прес-формах. Нагрівання прес-форми з порошком виробляють в інертному середовищі до 1000 - 1150 ° С, потім поміщають у нагріту до 400 ° С сталеву матрицю і ущільнюють при тиску 15-70 МПа.
Берилієві вироби, отримані методами порошкової металургії, мають більш високі фізико-механічні характеристики, ніж литі у вакуумі. Так, отриманий литтям берилій має межу міцності σв = 141 МПа при відносному подовженні 0,1%, а отриманий гарячим пресуванням порошків при 1100 ° Сu тиску 20 МПа - має σв = 478 МПа при відносному подовженні 1,4%. Підвищення їх фізико-механічних характеристик обумовлено дрібнозернистою структурою і рівномірним розподілом фазових (структурних) компонентів.
Сплави магнію, отримані методами порошкової металургії, мають високі жароміцну і корозійну стійкість, що в поєднанні з малою щільністю, гарною оброблюваністю обумовлює їх широке застосування в машинобудуванні. Для виготовлення виробів методами порошкової металургії застосовується традиційна технологічна схема (див. схему 5).
Порошок магнію отримують розпиленням розплаву в інертному середовищі за допомогою обертового диска або механічним подрібненням. Розмір часток коливається в межах 70-450 мкм. При необхідності проводять розмел в кульовий або вібраційної млині в захисному середовищі вуглекислого газу, трихлоретан або води протягом 7-100 ч.
Поверхня частинок порошку магнію звичайно покрита тонкою, міцно зчепленої з основою плівкою оксиду магнію, що володіє високою температурою плавлення і термодинамічної стійкістю при високих температурах. Це дозволяє отримувати з таких порошків дисперсно-зміцнені матеріали. Зміцнюючою фазою в цьому випадку є тверді включення оксиду магнію.
Пресування заготовок з порошків магнію проводять при тиску 250-300 МПа, при цьому може досягатися щільність 85 - 96%. Спікання зазвичай проводять в середовищі аргону або гелію, оскільки спікання у вакуумі призводить до випаровування, а в середовищі водню може відбуватися окислення за рахунок міститься в ньому вологи. Температура спікання становить 480-520 ° С. Більш низькі температури не дають потрібного зміцнення, а підвищення температури призводить до випаровування магнію.
Основним технологічним процесом, що дозволяє одержати безпористі магнієві конструкційні матеріали з високими фізико-технічними властивостями при кімнатній і підвищеній температурах, є гаряча деформація попередньо спечених заготовок шляхом екструзії. При цьому зі збільшенням вмісту оксиду магнію в порошку до 6% температуру гарячого видавлювання необхідно підвищувати з 350 до 520 ° С.
Низька температура екструзії порошків магнію дозволяє використовувати прес-інструмент з низьколегованих хромистих сталей. Для екструзії зазвичай застосовують обігріваються прес-форму, в нижній частині робочого простору якої поміщають фільєру (рис. 4).
Рис. 4. Схема прес-формы для гарячої екструзії:
1— теплова ізоляція; 2 — термопара; 3 — пуансон; 4 — контейнер; 5 — заготовка; 6 — нагрівальний елемент;7 — фільєра; 8 — плита; 9 — екран; 10 — стіл пресу.
Процес витискування проводять на гідравлічних пресах із швидкістю переміщення плунжера (2...5)*10-2 м/с. Залежно від ступеня деформації швидкість закінчення матеріалу з фільєри складає 0,2—2,0 м/с. Тиск закінчення залежить від швидкості додатку тиску плунжера, температури нагріву, дисперсності порошку, змісту оксидної фази і ступеня деформації. Наявність легуючих добавок вимагає підвищення температури екструзії і тиску. Так, наприклад, екструзія сплаву системи магній — ніобій здійснюється при 500 °С, при цьому при вмісті 6 % ніобію тиск закінчення рівний 200, а при 10 % —220 МПа. При таких же параметрах проводиться екструзія сплавів систем магній — ніобій — кремній, магній — ніобій — цирконій та ін.
Рис. 5. Вплив ступеню деформації при гарячій екструзії (520 °С) на механічні властивості матеріалу МПФ-4:
1 — межа міцності на розтягування σв; 2 — відносне подовження після розриву δ.
Отримана структура порошкових матеріалів магнію більш дрібнозерниста, ніж литих. Так, в литих магнієвих сплавах розмір зерен становить 0,5-1,0, а в порошкових - не перевищує 0,10-0,15 мм. Це обумовлено тим, що підвищений ступінь гарячої деформації порошків при екструзії сприяє подрібненню структури металевої матриці і зменшенню відстані між бар'єрами (частками оксиду магнію) для рухомих дислокацій. З підвищенням ступеня деформації збільшується міцність і зменшується пластичність матеріалу (рис. 5).
Магній в інтервалі температур 400-500 ° С має недостатню корозійну стійкість. Для її підвищення проводять попереднє окислення порошку магнію до вмісту 1% оксиду магнію. У цьому відношенні хороші результати також дає обробка вихідного порошку газоподібним фтороводнем при 600 ° С, легування фторидом магнію і берилієм. Леговані сплави магнію мають високу корозійну стійкість при температурах до 520 ° С.
Все ширше застосовуються в сучасній промисловості в якості конструкційних матеріалів титан і його сплави. Це зумовлено поєднанням таких властивостей, як мала щільність (4500 кг / м 3), високі температура плавлення (1668 ° С), модуль пружності (146 ГПа), межа міцності на стиск (до 1400 МПа) і стійкість в агресивних середовищах.
Вироби з порошку титану застосовуються в суднобудуванні, хімічному машинобудуванні, кріогенній техніці, приладобудуванні та інших галузях техніки. Застосування порошкових виробів конструкційного призначення дозволяє більш ніж у два рази знизити витрату титанового прокату і трудомісткість виготовлення деталей.
Схема 6. Технологічні схеми отримання конструкційних деталей з порошку титану
Конструкційні деталі з порошків титану можна виробляти за різними технологічними схемами (схема 6). При виборі оптимальної технології керуються необхідними властивостями і економічністю. Здійснюючи технологічний процес, необхідно враховувати, що титан може поглинати кисень і інші гази, які істотно знижують його пластичність. Так, наприклад, у випадку окислення порошків титану на їх поверхні утворюється важковідновлювана плівка оксиду титану, яка при пресуванні руйнується і рівномірно розподіляється за обсягом заготівки. Тому використовувати водень для створення захисного середовища при спіканні заготовок з порошків титану недоцільно, тому що він утворює з титаном гідриди, які також знижують пластичність матеріалу.
Для виготовлення мало- і помірнонавантажених конструкційних деталей застосовують холодне пресування і спікання. Пресування здійснюють при тиску 500-600 МПа, а температура спікання залежить від способу отримання порошків титану. Так, пресування з електролітичних порошків титану спікають у вакуумі при 1100-1250 ° С, з металотермічних - при 1350-1400 ° С. Щільність одержуваних виробів 94 -96%. Такі ж режими застосовують і для отримання деталей з порошків титану, легованих алюмінієм, в кількостях, що не перевищують 2%. Наявність на поверхні порошків титану гідроксіхлоридів, карбонатів дозволяє активувати процес спікання за рахунок розкладу їх при температурі 450-600 ° С.
Для виготовлення конструкційних деталей підвищеної міцності і пластичності застосовують високоенергетичні методи формування і леговані порошки титану.
Для гарячого штампування використовують порошкову заготовку, отриману холодним пресуванням при тиску 400-500 МПа. Перед штампуванням заготовки з щільністю 85-90% нагрівають у печах опору в середовищі аргону при температурі 1050 ° С протягом 10-15 хв і піддають штампуванні на кривошипних горячоштампувальних пресах. Щільність одержуваних таким чином деталей становить 98-99%, а механічні властивості не дуже відрізняються від властивостей литого титану.
При виготовленні труб і довгомірних профілів з титану застосовують екструзії. Для цього методом холодного пресування при тиску 500-600 МПа отримують заготовки з щільністю 85 - 90%, потім нагрівають її в середовищі аргону до температури 1000 - 1050 ° С і піддають екструзії з коефіцієнтом витяжки 25. При пресуванні труб у заготівлі передбачається центральний отвір під голку, діаметр якого на 1-2 мм перевищує діаметр голки. Екструзію проводять на кривошипних або гідравлічних пресах в середовищі аргону при тиску 200-600 МПа. Швидкість закінчення матеріалу залежить від коефіцієнта витяжки і становить зазвичай на кривошипному пресі 2,3-7,5 м / с, на гідравлічному - на порядок менше. У зв'язку з малою швидкістю екструзії мають місце великі втрати тепла і пов'язане з цим охолодження заготовки, тому титан підігрівають до температури 500 °С.
Через підвищену здатності титану до налипання на контактують поверхні інструменту і пов'язане з цим зниження його стійкості застосовують мастило інструменту сульфідом молібдену (IV), суспензованого в мильному розчині, або порошки легкоплавких стекол.
Високі міцність і пластичність досягаються при гарячому пресуванні великогабаритних виробів, наприклад дисків компресорів газових турбін. У цьому випадку порошки, отримані розпиленням титанових сплавів ВТ9 і ВТЗ-1, поміщають у капсулу з нержавіючої сталі і нагрівають до температури 500 ° С при безперервному відкачуванні виділяються газів. Потім капсулу заварюють і піддають гарячого пресування у закритих прес-формах при температурі 1050 ° С і тиску 400-450 МПа. Після охолодження оболонку видаляють гострінням.
При використанні спресованих заготовок для прокатки титанових плит конструкційного призначення пред'являються особливі вимоги до їх структурі. Вона повинна бути дрібнозернистою і однорідною, що досягається виготовленням їх гарячим пресуванням ізостатичного (ГІП). Застосування ізостатичного гарячого пресування дозволяє отримувати матеріали з титану за властивостями не поступаються литим, а в деяких випадках і перевершують їх. У цьому випадку розпорошений порошок сплаву Ті-Аl-V поміщають в прямокутний контейнер з низьковуглецевої сталі з товщиною стінок 1,5 мм і віброущільнення домагаються щільності 66%. Потім проводять вакуумування і герметизацію | в герметичній камері за допомогою електронно-променевого зварювання. ГІП проводять при температурі 927 ° С протягом 4 год під тиском газу 104 МПа. Спресоване матеріал прокочують разом з оболонкою на двовалкової стані з поворотом на 90 ° після кожного проходу до отримання плити заданої товщини. Отриману заготівлю піддають відпалу при температурі 1038 ° С протягом 20 хв, а потім охолоджують на повітрі. Після відпалу сталеву оболонку видаляють обдиранням і наступним травленням в азотної кислоти.
Гаряче ізостатичного пресування також застосовують для виготовлення деталей складних конфігурацій з мінімальними припусками на обробку, а в деяких випадках - з остаточними експлуатаційними розмірами. Особливостями цієї технології є виготовлення форми, що має конфігурацію деталі і здатної рівномірно передавати тиск порошку під час ГІП. Для цього можуть використовуватися керамічні форми, що виготовляються методом виплавлюваних воскових моделей. Модель деталі, виготовлену з воску (з урахуванням припусків на усадку), занурюють поперемінно в керамічну вогнетривку суспензію і в гранульовану облицювальну суміш. Після сушіння віск витоплюється з форми і прожарюють її при високій температурі для додання міцності. Порошок у форму засипають через патрубки на вібростолі, вакуумують і герметизують. Потім форму поміщають в сталевий контейнер, заповнений сумішшю гранульованого керамічного матеріалу, що виконує роль вторинної середовища Для передачі тиску формі. Контейнер вакуумують при нагріванні до температури 500 ° С і герметизують. ГІП проводять при температурі 870-980 ° С протягом 2-8 год Температура і тривалість ізотермічної витримки визначаються складом сплаву. Після пресування контейнер розрізають, пресування витягують і піддають струменево-абразивної обробки для видалення залишків форми.