Способ термической обработки титановых сплавов

 

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий многократное термоциклирование с нагревом и охлаждением в интервале от температуры полиморфного превращения, отличающийс я тем, что, с целью повышения механических свойств за счет устранения текстуры сплава,нагрев и охлаждение проводят со скоростью 150-200 град/мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термоциклирование с нагревом и охлаждением проводят 30-100 раз.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

PKCfMiЛИН ае св

Зсмк) С 22 F 1/18 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ::

N k B TOPCNOMV СВИДатВЪСтем

,t

Г-А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3626092/22-02 (22) 27.07.83 (46) 15. 11.84. Бюл. Ф 42 (72) И.И.Новиков, А.М.Мордухович, С..Я.Бецофен, Г.А.Кувшинов, А.В.Исаев и В.А.Дементьев (71) Институт металлургии им. А.А.Байкова (53) 621.785.014(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 526676, кл. С 22 F 1/18, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

У 556186, кл. С 22 F 1/18, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

В 571525, кл. С 22 F 1/18, 1976. (54} (57) 1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий многократное термоциклирование с нагревом и охлаждением в интервале

+30 С от температуры полиморфного ь превращения, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения механических свойств за счет устранения текстуры сплава, нагрев и охлаждение проводят со скоростью

150-200 град/мин.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что термоциклирование с нагревом и охлаждением проводят 30-100 раз.

1 11240

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке сплавов на основе титана, и может быть использовано для повышения конструкционной прочности иэделий иэ этих сплавов.

Известен способ термической обработки сплавов на основе титана, заключающийся в том, что для измельчения зерна сплавов со структурой .10

Фазы проводят 1-10 циклов нагрева до температуры Р --области с выдержкой, достаточной для прохождения рекристаллизвции, с охлаждением после кажпого нагрева до 0-500 С И . 15

Недостатком данного способа является невозможность получения бестекстурного материала с однородной и измельченной субструктурой с размером элементов структуры до 1 мкм, приво- 20 дящей к значительному повышению механических свойств.

Известен также способ термической обработки титана и его сплавов, включающий циклическую термообрвбот- 25 ку, в которой для ликвидации аниэотропии физико-механических свойств (получения однородной измельченной структуры) нагрев проводят нв 5060 С выше температуры полиморфного ЗО о превращения с временным интервалом между концом и началом следующего цикла 10-30 С и с последующим охлаждением в воде (21.

Недостаток такого способа - так

35 же невозможность получения бестекстур. ного материала с размером элементов субструктуры до f мкм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату 4О к предложенному является способ термической обработки, включающий

5-50-кратное термоцнклирование с нагревом и охлаждением в интервале о

Й 20"30 С от температуры полиморфно го превращения $3) .

Однако известный способ не обеспечивает получения однородной мелкодисперсной структуры, что не позволяет получить бестекстурный сплав, обладающий высокими механическими свойствами.

Цель изобретения - повышение механических свойств за счет устранения текстуры сплава. 55

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки титановых сплавов, включающему многократное термоциклирование с нагревом и охлаждением в интерва- . ле 4 30 С от температуры полиморфного превращения, нагрев и охлаждение проводят со скоростью 150200 град/мин. Причем термоциклирование с нагревом и охлаждением проводят в течение 30-100 раз.

Способ осуществляется. следующим образом.

Процесс фазового перехода зависит от скорости изменения температуры и требует для своего завершения некоторого характерного времени. Иоэтому при ограничении времени для роста зародышей новой Фазы их размер будет меньше, чем при очень медленном или равновесном процессе. Для рвзмера зерна г имеем соотношение

t ЭТ, где равно времени, по истечении которого два соседних зародыша придут в соприкосновение друг с другом.

Ь Т (Ч+ а, где b - числовой коэффициент, а — величина размерности, град/с.

ЬТ

Следовательно 1 и с уве Ч + а личением скорости Ч размер зерна уменьшается, однако только до тех пор, пока скорость Ч не окажется на столько большой, что значительная у. доля второй Фазы не будет претерпевать превращения и перейдет в низкотеипературное состояние в исходном виде. В этом случае будет сохраняться первоначальный размер зерна.

Таким образом, существует оптимальная скорость процесса межфазного циклирования, приводящая к наименьшему субструктурному размеру. При малых скоростях измельчение невелйко, при скорости процесса, большей оптимальной, иэмельчение то же, что и при малых скоростях.

В интервале скоростей изменения температуры 50-100 град!мин в сплаве образуется неоднородная структура крупноигольчатого мартенсита, где сохраняется исходная ориентировка (1 120 ), что связано с эффектом наследования исходной структуры, т.е. эпитаксивльиым ростом новой

Фазы на базе старой.

При скоростях циклирования 150200 град/мин наследствейного зарож1124 дения новых зерен не происходит и после 20 циклов происходит заметное нзмельчение субструктуры титановых сплавов и полное растекстурирование материала. Размер элементов струк- туры порядка 0,7 мкм. При этом отмечается значительное повышение механических свойств. Конечной структурой в этом случае является мелкодисперсный, равномерно распределен- 10 ный в поле мартенсит.

При скоростях циклирования

250 град/мин и более иэмельчение субструктуры не происходит, так как превращение при столь высоких ско, ростях пройден не успевает, и в результате.цнклирования сохраняется исходная текстура.

Пример 1. Титановый сплав

ВТЗ-1 с двухфазной g + P структу- 20 рой подвергают межфазной цикличес.:кой обработке со скоростью циклиро вания 150 град/мин в интервале " 30 С от температуры фазового перехода.

После 30 циклов начинается растек- 25 стурирование материала и измельченне структуры. Размер элементов структуры (размер областей когерентного рассеяния рентгеновских лучей, определяемый из угловой зависимости щ0 ширины рентгеновских рефлексов) .составляет 0,15 — 0,2 мкм. Интенсивное измельчение исходной структуры отмечается при 60 циклах обработки и достигает максимального значения . при 100 циклах {минимальный размер элементов структуры). Увеличение, ÷èñëâ циклов обработки более 100 практически не изменяет полученной структуры и, следовательно; нецелесо-<0 образно. После 100 циклов обработки происходит полное растекстурирование материала (рефлекс 1120 на дифрактограмме отсутствует); Полученный размер элементов структуры не превыша- 4> ет 1 мкм.

Пример 2, Титановый сплав марки ВТЗ-1 подвергают межфазной циклической термообработке со скоростью термоциклирования 170 град MHH >0 в интервале « 30оС от температуры фазового перехода. После 30 циклов начинается растекстурирование материала и измельчение структуры. После 60 циклов указанной обработки наблюдается близкое к максимальному

045 4 измельчение структуры, а после 100 циклов происходит максимальное измельчение структуры и полное растекстурированив материала. Размер элементов структуры после 100 циклов составляет 0,5 — 0,7 мкм.

Пример 3. Титановый сплав

="одержащий титан и небольшие добавки циркония и ванадия с однофазной структурой, подвергают межфазной циклической обработке со скоростью. циклирования 200 град/мин в интервале + 30 С от температуры фазового о перехода g oL. +P . Процесс растек стурирования и измельчения зерна при данной скорости термоциклирования начинается после 30 циклов обработки. При 60-80 циклах процесс измельчения структуры идет более ин-. тенсивно и достигает максимума при

100 циклах. Размер элементов структуры 500-700 А. Во всех случаях обработки растекстурирование сплйва наблюдается после 60 циклов обработки.

В табл.1 приведены механические свойства сплава ВТ3-1, обработанного известным и предложенным способами °

В табл.2 приведены режимы обработки сплава RT3-1, обработанного предложенным способом с различной скоростью. нагрева и охлаждения в процессе термоциклической обработки.

Из табл. 1 следует, что при использовании предлагаемого способа значительно повышаются механические свойства сплава, при этом исключает= ся двухступенчатый отжиг в течение

1 ч при 870 С и 2 ч при 650 С, необходимый в известном способе, что заметно упрощает технологию обработкие

Из табл. 2 видно, что только при скорости нагрева н охлаждения

150-200 град/мин в процессе термоциклической обработки достигается высокий уровень механических свойств.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в том, что sa счет повышения механических свойств обеспечивается повышенная конструкционная прочность и надежность изделий.

1124045

Т аблица 1

Иеханические свойства ВТЗ-1

Способ обработки а,кги/см

5 Ийа

В а„

1150-1180

680

Известный

Лредлагаеиый 1200-1360

6,0-6,3

Таблица 2

Скорость нагрева и охлаждения при териоциклической обработке,град/мнн

Те риоциклы

Иеханические свойства

49,0

100

15,0

15,0

16,0

51,0

150

54,5

1290

16,5

200

130Î

16,3

16,3

20-100

Составитель А.Зенцов

Редактор И.Ковальчук Техред А.Бабинец Корректор О.Билак

Заказ 8213/25 Тирам 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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