Разработка проектных вариантов технологического процесса изготовления изделия

1 Описание изделия и требований к нему, оценка свариваемости материала изделия

Изделие “крышка” выполнено из титанового сплава ВТ20Л. Служит вспомогательным элементом в авиационных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателях АЛ31-ФП. Деталь располагается в коробке двигательных агрегатов. Рабочая среда конструкции : масло-воздух при температуре 140 градусов.

Рисунок 1.1 – Крышка со втулкой в сборе в разрезе;

1. – Втулка, 2 – крышка.

Материал ВТ20Л – это псевдо α-сплав. Этот сплав обладает высокой механической прочностью при достаточной пластичности и вязкости, низкой теплопроводностью, небольшим коэффициентом линейного расширения, высокой коррозионной стойкостью в некоторых химических средах. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью в различных климатических условиях и в 3%-ном растворе NaCl.

Сплав ВТ20Л отличается высокой технологичностью (при содержании Аl < 3%), высокой жаропрочностью (Аl > 6%), высокой термической стабильностью, хорошей свариваемостью; термически не упрочняется, основной вид термической обработки - отжиг при 590-740 °С. Низкоалюминиевые псевдо-α-сплавы предназначены в основном для изготовления листов, лент, полос, труб, профилей. Листовую штамповку деталей простой формы производят в холодном состоянии, при штамповке деталей сложной формы необходим подогрев до 500 °С. Недостатки этих сплавов - сравнительно невысокая прочность и жаропрочность, большая склонность к водородной хрупкости. Применяются для изготовления сложных в технологическом отношении деталей, работающих при температуре до 350°С.

Таблица 1.1 - Химический состав сплава ВТ20Л. [17]

Элемент	% массы
Ti (титан)	86,2-91,7
Al (алюминий)	5.6-6.8
Sn (олово)	0.4-1.5
Mo (молибден)	0.5-2.0
V (ванадий)	0.10-0.25

Сплав ВТ-20 ГОСТ 19807-74

Таблица 1.2 - Механические свойства сплава ВТ20Л. [17]

Величина, единица измерения	Значение
σв, МПа - временное сопротивление разрыву	980
δ, % - удлинение	10,0
ψ, % - сужение	25,0
σ-1, МПа - предел многоцикловой выносливости	450
σ0, МПа - предел малоцикловой выносливости	666
t (N=2x107), °C	450
σ-1H, МПа	215
t (N=2x107, Kt=2,33), °C	450
t (N=2x104), °C	450
σ0H, МПа	392
t (N=2x104, Kt=3,35), °C	450
K1C, МПа·м1/2	78-90
Ударная вязкость для образцов с концентратором вида:
KCU, Дж/м2	34,3 (3,5)
KCT, Дж/м2	11,77 (1,2)

Таблица 1.3 - Пределы длительной прочности, ползучести и выносливости. [17]

Температура испытания, оС	σ100/σB, МПа
300°C	803/823
350°C	-
400°C	/793
450°C	666/705
500°C	480/588
550°C	245/
600°C	-

Продолжение таблицы 1.3

Температура испытания, оС	σ0,2/100/500, МПа
300°C	-
350°C	-
400°C	-
450°C	470/392
500°C	294/
550°C	-
600°C	-

Примечание: σ_{100 ,}σ₅₀₀ - длительная прочность (характеризует склонность металла к разупрочнению при постоянной температуре за длительное время испытания).

Псевдо α-сплав ВТ20 принадлежит к системе Ti—Al—Zr—Mo—V. Довольно высокое содержание алюминия обеспечивает значительную прочность и жаропрочность этого сплава. Его пластичность и технологичность при обработке давлением ниже, чем у сплавов типа ОТ4. Тем не менее, он хорошо деформируется в горячем состоянии и поставляется в виде поковок и штамповок толщиной до 250 мм, профилей, прутков, плит и листа. В листовом варианте этот сплав по жаропрочным характеристикам уступает только сплаву ВТ18У. Из этого сплава изготовляют сварные кольца из горячекатаных и прессованных профилей, а также цельнокатаные кольца. Сплав хорошо сваривается всеми видами сварки, применяемыми для титановых сплавов. Механические свойства сварного соединения не уступают свойствам основного металла. Сплав ВТ20 может свариваться с титановыми сплавами ВТЗ-1, ОТ4, ОТ4-1, ВТ5-1, ВТ6, ВТ14, ВТ5Л, ВТ21Л. Cплав ВТ20 поставляется также в виде фасонного литья под маркой ВТ20Л.

Единственным видом термической обработки сплава ВТ20 является отжиг. Полный отжиг проводят при температурах 700—800 °С для снятия наклепа от предшествующих операций обработки давлением. Неполный отжиг листов и прутков для снятия остаточных напряжений проводят при 600—650 °С. Сварные соединения отжигают при 650-750 °С.

Сплав ВТ20 применяют для изготовления обшивок крыла, деталей и сварных узлов, длительно работающих при температурах от —70 до 450 °С (6000 ч) - 500 ºС (3000 ч).

Рисунок 1.2 - Микроструктура термоупрочненного

образца из сплава ВТ20 (Т=1050) х 500