Способ обработки титановых сплавов с пластинчатой структурой

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>rap С 22 F 1/18

t » (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ©

МиЬ ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3264066/22-,02(22) 27.03,81 (46) 30.04,83. Бюл, И -16 (72) О. А. Кайбышев, Р. Я, Лутфуллин, Г. А. Салищев и Г, Н. Султанова (71) Уфимский авиационный институт им . Орджоникидзе

53) 621.785.79 (088.8) (56) 1,. Авторское свидетельствр СССР и 526676, кл. С 22 Р 1/18, 1974.

2. Ануфриев В. П., Богачев И,Н., Векслер Ю. Г. Влияние термоциклирования на изменение свойств титановых сплавов. Известия ВУЗов, "Цветная металлургия", 1980, М 2, с. 115-116.

3. Титан, Металловедение и технология.- Труды третьей международной конференции по титану. Т. Ш. М

ВИЛС, 1978, с, 253-262.

„„SU„„303 4914.(54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ

СПЛАВОВ C ПЛАСТИНЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ, включающий термоциклическую обработку в (0 + (3) области, закалку и старение, отличающий с я тем, то, с целью повышения пластичности и ударной вязкости, закалку проводят перед термоциклической обработкой с темпе-. ратуры на 10-50 С выше температуры полного полиморфного превращения, а термоциклическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью

1-100 град/с до температуры на 1040 С и охлаждение до температуры на

100-300еС ниже температуры полного полиморфного превращения, причем при Я каждой температуре термоциклической обработки проводят выдержку 5-1211 мин.

С. Ф

Ф .

1 10149

Изобретение относится к металлургии :и может быть использовано в технологии изготовления изделий- из титановых сплавов с пластинчатой структурой, в частности сварных деталей,.: с целью устранения хрупкого разрушения сплава, Известен способ обработки титановых сплавов, включающий многократно, повторяющиеся операции нагрева и вы 10 держки в ц -области, а также охлаждения до 5-500 С (1 ).

Однако применение указанного способа для обработки мало- и среднелегированных титановых сплавов приводит к резкому падению их пластичности вследствие значительного роста р -зерна при нагревах и выдержках в 5 -области.

Известен:также способ обработки 2о титановых сплавов с пластинчатой структурой, включающий многократно повторяющиеся операции нагрева сплава до температур в верхней части (d, + /Ъ) области и закалки сплава в 25 воде (2).

К недостатку этого способа следует отнести снижение пластичности до 0 при обработке сплава вследствие возникновения существенных термиче" ских напряжений, приводящих к зарождению и росту микротрещин. .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термической обработки сплава Ti -6А1- 4V

35 (температура полного полиморфного,,. .превращения составляет 980оС) с пластинчатой структурой, включающий термоциклирование путем многократного (1-50 раз) нагрева сплава до

850-950 0 (верхняя наста (Ы .+/фобласти) и охлаждения до 18 C со скоро- . .стью, не превышающей охлаждения,на воз- духе, с последующими нагревом и закалкой с температуры 940 С, а также заключитепьным старением по стандартному режиму (3 j, Основными недостатками указанного способа являются низкие характерис тики пластичности и ударной вязкости сплава после его обработки.

Цель изобретения - повышение пластичности и ударной вязкости, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки титановых, сплавов, включающему термоциклическую обработку в (ю(.+ ф ) области, закалку и старение, закалку

74. 2 проводят перед термоци кличе ской обработкой с температуры на 10-50ОС выше температуры полного полиморфного превращения сплава,а термоциклическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 1-100 град/с до температуры 10-40 С и охлаждения до температу ; о ры на 100-300 С ниже температуры полиморфного превращения с выдержкой при указанных температурах 5-120 мин.

Закалка титанового сплава с пластинчатой структурой с температуры

>на 10-50 С выше его полного полиморфо ного превращения (из р-области 1 резко повышает плотность дислокаций и других дефектов кристаллической решетки сплава.

Указанное обстоятельство объясняется возникновением значительных термических напряжений в процессе образования мартенситной структуры вследствие значительной анизотропии коэффициента линейного теплового расширения существующих в сплаве фаз при охлаждении, Ограничение максимальной температуры нагрева под закалку вызывается необходимостью получения как можно более дисперсного мартенсита. При нагреве закаленного сплава до температур на 1О-40 С ниже полного полиморфного сплава (на этапе первого цикла термоциклирования) происходит распад мартенсита с образованием относительно (в сравнении с исходной пластинчатой структурой) дисперсных пЛастин с -фазы, наследующих дефектную структуру мартенсита, выраженную во множественном двойниковании. d.-пластин. Наличие двойниковых границ и субграниц, разделяющих пластину-кристалл оС-фазы на ряд более мелких объемов, позволяет в процессе термоциклирования трансформировать пластинчатую структуру сплава в глобулярную путем сфероидизации субзерен с формированием новых ot зерен в (эыв1 шей о -пластине . Возможность осуществления преобразования пластинчатой структуры в глобулярную определяется подготовкой пластинчатой структуры к дроблению путем предварительной закалки (температура нагрева под закалку равна 10-50 С вы0 ше температуры полного полиморфного превращения) и 5-20-кратным термоциклированием путем нагрева сплава о со скоростью 1-100 С/с до,темпера3. 1014974 туры на 10-40ОС и охлаждения (ско-: Z0oC/ñ, причем часть заготовок .нагрость охлаждения 5оС/c) до темпе- ревают до 1010с С, остальные загоратур на 100-300оС .ниже поли орф- товки нагревают до 1050 С. При досного превращения. Термоциклирование тижении укаэанных температур saroв интервале укезан ных температур g .товки немедленно "закаливают охлаждес выдержками при верхних и нижних нием в воде. Закаленные заготовки температурах цикла от 5 до 120 мин - подвергают 5-20-кратному термоцикобеспечивает дробление-пластинчатой лированию по следующему режиму-цик-, структуры, одновременно вызывая актив- лус ное протекание B сплаве диффузионных 10 печной. или индукционный нагрев процессов, что позволяет существен- заготовки со скоростью -1-100оС/с но снизить неоднородность хииическо- до 975+15 С и выдержка при этой темго и фазового состава сплава по все- пературе 5-120 мин; му обьему,залечить возникшие при за- охлаждение заготовок на воз.калке субмикротрещины, Однород- 1$ духе (скорость охлаждения 5ОС/с) ность химического и фазового соста- до температуры: а) 710+10 С; б)890+ ва в совокупности с мелкозернистой "+10 С; выдержка заготовок при 710+ глобулярной структурой дает эффект 10оС и 890+10 С в течение 5-120 мин существенного повышения пластично- печной или индукционный нагрев засти и ударной вязкости сплава при 20 готовки со скоростью 1 -100 С/с до обеспечении сравнительно высоких 97595 С и выдержка при этой темпепрочностных свойств. ратуре 5-120 мин.

Пример. Цилиндрические за- После завершения 5-20-кратного готовки ф 18 мм и длиной 80 мм из ти- .термоциклирования заготовки охлажда . танового сплава ВТ9 с пластинчатой 2$ ют на воздухе до комнатной темпера-, структурой, температура полного поли- . : туры. Заключительной операцивй обморфного превращения которого сос- работки является старение загототавляет 1000оС; обмазывают сте сло- вок по стандартному режиму при смазкой ЭВТ-24 для защиты от окис- . .530 С в течение 6 ч . ления и затем каждую заготовку наг- м0 Результаты механических испытаревают в индукторе со скоростью .ний сведены в таблицу.

Р пп

Механические свойства

Способ Режим обработки обработки

aI кгпв м

° ь

109-116

10-14 2,2-2,8

5-8

Известный

2 Предлагаемый Т =1010 С е ЗсМк

Т =975 С

Тп =710 С . У =20 С/с

Vь- =120 мин

48 5,6

109

Т к1010 С т =975 С

Т =.890 С

Й

Чн =100 С/с

=5 мин

3 То же

110

N =20

1014974

Продолженйе таблицы

И пп

Механические свойства

1 1 1

Способ обработки

Режим обработки

4 Предла гае !ый

4,8

110

4,8

40 и "-5

6, Предлагае-! мый

T =1050 С

Т =975 С

Т -710QC

ll

V 1 C/с .н

С =5 мин

5,2

4,4

109

7 То же

Анализ результата.из таблицы показывает, что предлагаемый способ позволяет повысить пластичность сплава ВТ9 с исходной пластинчатой структурой. Так, относительное удлинение ф возрастает на 37-180, ° относительное сужение (Y ) - на

128-38Îà, ударная вязкость (с н) - на

53-154ь, при этом предел прочности ss (6g) сохраняется на высоком урОвне.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа обработТэмй1050

Т, =975oC

Т- =710 С

Й

Ч вЂ”.—..1 C/c

= 5 минй =20

Тз,Г1050 С

Т 9750C

Т- =710 С

Й

=100ОC/c С =120 мин т =1050 ñ

San

Т 975 СT.- 890 С

Й

V =1ОС/с м С =120 мин и =5

А ! н ср!!2 ки титановых сплавов с пластинчатои структурой обеспечивается следующими преимуществами: получением высокой пластичности при сохранении прочности в сплавах с исходной пластинчатой структурой за счет преобразования структуры в однородную мелкозернистую,глобулярную, переводом сплава в равновесное структурно-однородное состояние, отсутствием в сплаве остаточных внутренних напряжений и субмикротрещин.. 7 . 1014974 8

:эа счет активного протекания процес- простотой и технологичностью, ;вов диффузии при термоциклировании воэможностью автоматизации процесса в относительно. узком интервале вы- вследствие однотипности и повторяеt соких температур; . мости операции. г

Составитель н.юнцов

Редактор П.йакаревич Техред С.Мигунова Корректор А. Дзятко.

Заказ 3141/25 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений а открытий.1 13035, Иосква, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП. "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4