Григорий Николаев - Металл Века
Обточенные на токарном станке кованые слитки служат заготовками для прессования. На горизонтальных прессах из них получают профили и трубную заготовку. Перед прессованием слитки в зависимости от марки сплава нагревают до 700—1000°С на специальных нагревательных установках или в печах.
Если титан прессовать без особых мер предосторожности, то удается получить всего лишь несколько метров профилей или трубной заготовки: матрица пресса истирается, на нее налипает металл, что приводит к порче изделий. Приходится смазывать специальными составами детали пресса. В качестве смазки служат легкоплавкие сорта стекла, керамики, смеси минерального масла с графитом, слюдой, алюминиевыми чешуйками, особой глиной. Применяют также смазки на основе мыла. Все это уменьшает трение и схватывание.
ТРУДНОСТИ ОБРАБОТКИ
Принято считать, что титан поддается механической обработке подобно нержавеющей стали. Это значит, что обрабатывать титан в 4—5 раз труднее, чем обычную сталь, но это все же не составляет неразрешимой проблемы. Основные помехи при обработке титана —это большая склонность его
к налипанию и задиранию, низкая теплопроводность, а также то обстоятельство, что практически все металлы и огнеупоры растворяются в титане, в результате чего стружка представляет собой сплав титана и твердого материала режущего инструмента. При такой обработке быстро изнашивается резец.
Для уменьшения налипания и задирания и для отвода большого количества тепла, которое выделяется при резании, применяют охлаждающие жидкости. Точение заготовки обычно производят с помощью резцов из твердых сплавов, причем скорость обработки, как правило, ниже, чем при точении нержавеющей стали.
Если необходимо разрезать листы из титана, то эту операцию осуществляют на гильотинных ножницах. Сортовой прокат больших диаметров режут механическими пилами, применяя ножовочные полотна с крупным зубом. Менее толстые прутки разрезают на токарных станках.
При фрезеровании титан остается верным себе и налипает на зубья фрезы. Фрезы тоже изготовляют из твердых сплавов, а для охлаждения применяют смазки, отличающиеся большой вязкостью.
При сверлении титана основное внимание обращают на то, чтобы стружка не скапливалась в отводящих канавках, так как это быстро повреждает сверло. В качестве материала для сверления титана применяют быстрорежущую сталь.
При использовании титана как конструкционного материала титановые детали соединяют друг с другом и с деталями из иных металлов разными методами.
Основной метод — сварка. Самые первые попытки сваривать титан были неудачными, что объяснялось взаимодействием расплавленного металла с кислородом, азотом и водородом воздуха, ростом зерна при нагреве, изменениями в микроструктуре и другими факторами, приводившими к хрупкости шва. Однако все эти проблемы, ранее казавшиеся неразрешимыми, были решены в самые короткие сроки и в наши дни сварка титана—обычная промышленная технология.
Но, хотя проблемы и решены, сварка титана не стала простой и легкой. Главная ее трудность и заключается в необходимости постоянного и неукоснительного предохранения сварного шва от загрязнения примесями. Поэтому при сварке титана используют не только инертный газ высокой чистоты и специальные бескислородные флюсы, но и разнообразные защитные козырьки, прокладки, которые защищают остывающие участки шва и прилегающей к нему зоны, а также обратную его сторону.
Чтобы максимально снизить рост зерна и уменьшить другие вредные изменения в микроструктуре, сварку ведут с большой скоростью. Почти все виды сварки производят в обычных условиях, применяя специальные меры для защиты нагретого металла от соприкосновения с воздухом.
Но мировая практика знает и сварку в контролируемой атмосфере. Такая защита сварного шва обычно необходима при выполнении особо ответственных работ, когда требуется стопроцентная гарантия того, что сварной шов не будет загрязнен. Если свариваемые части невелики, сварку ведут в специальной камере, заполненной инертным газом. Сварщик хорошо видит все, что ему нужно, через специальное окно.
Когда же сваривают большие детали и узлы, контролируемую атмосферу создают в специальных вместительных герметичных помещениях, где сварщики работают в скафандрах. Разумеется, эти работы ведут сварщики самой высокой квалификации, но и обычную сварку титана должны проводить только специально обученные этому делу люди.
В тех случаях, когда сварка невозможна или попросту нецелесообразна, прибегают к пайке. Пайка титана осложняется тем, что он при высоких температурах химически активен и очень прочно связан с покрывающей его поверхность оксидной пленкой. Подавляющее большинство металлов непригодно для использования в качестве припоев при пайке титана, так как получаются хрупкие соединения. Только чистые серебро и алюминий подходят для этой цели.
Соединять титан с титаном, а также с другими металлами можно и механически—клепкой или при помощи болтов. При использовании титановых заклепок время клепки увеличивается почти вдвое по сравнению с применением высокопрочных алюминиевых деталей, а гайки и болты из нового промышленного металла непременно покрывают слоем серебра или синтетического материала тефлона, иначе при завинчивании гайки титан будет, как это ему неизменно присуще, налипать и резьбовое соединение не сможет выдержать больших напряжений.
Склонность к налипанию, обусловленная высоким коэффициентом трения, ~ очень серьезный недостаток титана. Это приводит к тому, что титановые сплавы быстро изнашиваются и их нельзя использовать для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения. При скольжении по любому металлу титан налипает на его поверхность, и деталь вязнет, схваченная липким слоем титана.
Впрочем, говорить, что титановые сплавы нельзя применять при изготовлении трущихся деталей, неверно. Существует немало способов, упрочняющих поверхность титана и устраняющих склонность к налипанию. Один из них — азотирование.
Процесс заключается в том, что детали, нагретые до 850— 950 °С, выдерживают в чистом газообразном азоте более суток. На поверхности образуется золотисто-желтая пленка нитрида титана большой микротвердости. Износостойкость титановых деталей повышается во много раз и не уступает изделиям из специальной поверхностно упрочненной стали.Другой распространенный метод устранения склонности титана к задиранию — оксидирование. При этом в результате нагрева на поверхности деталей образуется оксидная пленка. При низкотемпературном оксидировании свободный доступ воздуха к металлу затруднен и оксидная пленка получается плотной, хорошо связанной с основной толщей титана.
Высокотемпературное оксидирование заключается в том, что в течение 5-6 часов детали выдерживают на воздухе нагретыми до 850 °С, а затем резко охлаждают в воде, чтобы удалить с поверхности рыхлую окалину. В результате оксидирования сопротивление износу возрастает в 15—100 раз.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ТИТАН В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Глава 1. В БОРЬБЕ С КОРРОЗИЕЙ
БИЧ МЕТАЛЛОВ
В мире нет ничего вечного — эту нехитрую истину все знают давно. То, что кажется навеки незыблемым — горы, гранитные глыбы, целые материки, — со временем разрушаются, рассыпаются в пыль, уходят под воду, проваливаются в глубины. Исчезают целые культуры, народы и государства, уступая место другим, которых неизбежно постигает все та же участь. Но, разумеется, происходит все это не на наших глазах и даже не в течение многих человеческих поколений. Происходит все это медленно, постепенно.
В то же время ничто не разрушается так быстро, как известные нам металлы — чугун, железо, сталь. Разрушает их коррозия — неумолимый бич любых твердых тел, а металлов в особенности. Коррозия неизбежно возникает при наличии электрохимических и просто химических процессов на поверхности вещества как следствие его взаимодействия с окружающей средой. И ее результаты сказываются самым печальным образом.
По всей поверхности земного шара разбросаны металлургические заводы, круглые сутки дымят домны, мартены, конвертеры, выплавляя главнейший металл современной цивилизации — железо в различных его модификациях. Мировая выплавка стали уже приближается к миллиарду тонн в год. Но, условно говоря, каждый десятый завод работает впустую — его продукцию поглощает вечно голодное чудовище — коррозия, ржавчина.
Да, именно так и обстоит дело, ведь ежегодно каждая десятая тонна выплавленного металла уничтожается коррозией. Но это также значит, что из всего произведенного сейчас железа через десять лет ничего не останется . . . Лишь только благодаря тому, что металлургические заводы продолжают выплавлять металл, мы постоянно располагаем им.
Но мало того, что металлы разрушаются просто под открытым небом, в воде или под землей. Современная технология, основанная на использовании крайне агрессивных веществ, высоких температур и давлений, еще более ускоряет этот процесс, разрушая не только черные, но и более дорогие цветные металлы.
