Способ термической обработки + титановых сплавов

 

Изобретение предназначено для проведения термической обработки высоконагруженных изделий из ( a + b ) титановых сплавов, например упругих элементов. Сущность предлагаемого способа заключается в проведении двухступенчатой термической обработки при температурах, значительно меньших, чем температура полиморфного превращения ( T_пп ). Проведение термической обработки по предлагаемому способу обеспечивает циклическую выносливость пружин не менее 2·10⁶ циклов, что объясняется отсутствием поверхностного газонасыщенного слоя, не образующегося при температурах 260 - 280°С (первая ступень старения) и 500 - 525°С (вторая ступень старения). 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к термической обработке (α+β) титановых сплавов, в том числе высоколегированных, и может быть использовано для обработки изделий, работающих в жестких условиях нагружения, например упругих элементов.

Известен способ [1] при обработке по которому обеспечивается улучшенное соотношение между прочностью и пластичностью за счет применения ОТР при температуре Т_пп и последующего старения в интервале 400-650^оС в течение 10 ч.

Также известны способы (авт. св. СССР N 1019007, авт. св. СССР N 1135798), заключающиеся в проведении ОТР и последующего старения при температурах 300-500^оС, при которых также достигается повышение пластичности при значениях σ_в1000-1100 МПа.

Применение способа термической обработки (патент Японии N 52-60792), который является прототипом предлагаемого изобретения, позволяет получить повышенные значения ударной вязкости при прочности σ_в 1100 МПа. Эффект достигается проведением ОТР при Т_пп (20-70^оС) и старения при 540-650^оС в течение 4-10 ч.

Недостатком всех вышеперечисленных способов, в том числе и прототипа, является уменьшение коррозионно-механической прочности, которое наблюдается (Маричев В.А. и др. Влияние термической обработки на свойства высоколегированных титановых сплавов. ФХММ, 1982, 18, 2, с. 52-55) на образцах в состаренном состоянии. Применение указанных способов термической обработки для тарельчатых пружин, работающих в плосконапряженном состоянии в морской воде при циклическом нагружении, не обеспечивает получения необходимого уровня эксплуатационных характеристик.

Целью изобретения является повышение коррозионно-механических характеристик, в частности циклической выносливос- ти в морской воде, за счет применения старения по двухступенчатому режиму. На первой более низкотемпературной ступени старения происходят процессы перераспределения легирующих элементов, обеспечивающие субструктурное упрочнение по механизму барьерного эффекта торможения дислокаций. При проведении второй ступени старения в интервале температур 500-525^оС из метастабильной β-фазы выделяется более мелкодисперсная, чем при старении по рассмотренным выше способам, α-фаза. Уменьшение размеров α-фазы и более равномерное ее распределение повышают циклическую выносливость (Беляева Е.И. и др. Труды Ленинградского Политехнического института. Особенности поведения метастабильных (α+β) сплавов титана. 1981, 379, 26-81.

На чертеже приведена кривая зависимости количества выделяемой теплоты от температуры.

Предлагаемый способ термической обработки (α+β) титановых сплавов включает обработку на твердый раствор, которая проводится при охлаждении после горячей прокатки, и старение. Отличительной особен- ностью предлагаемого изобретения является проведение старения в две ступени. Первую ступень проводят при 260-280^оС в течение 1-2 ч, вторую при 500-525^оС в течение 8-10 ч.

Температурные интервалы для назначения режимов старения определяли методом дифференциальной сканирующей калометрии (ДСК). Время выдержки в указанных интервалах температур старения находили экспериментально на основании результатов определения релаксационной стойкости пружин при технологическом заневоливании (табл. 1).

По результатам испытаний установлено, что оптимальными режимами, обеспечивающими высокую релаксационную стойкость пружин при технологическом заневоливании, являются режимы II, III, IY, Y.

Эффективность режимов термической обработки оценивали при циклических испытаниях, которые проводили по асимметричному циклу на комплектах (пакетах) пружин. Количество пружин в пакете 16 штук. Максимальные значения амплитуды нагpужения соответствовали рабочим усилиям Р₂ 1200 кгс, минимальные нагружению при предварительном поджатии Р₁680 кгс. Циклическую выносливость определяли по количеству циклов до разрушения хотя бы одной пружины в пакете (табл. 2). Разрушение фиксировали акустическим методом.

Анализ результатов циклических испытаний (табл. 2) тарельчатых пружин показал, что термическая обработка по способу-прототипу обеспечивает циклическую выносливость N 2˙10³ циклов, в то время как при проведении термообработки по предлагаемому способу циклическая выносливость составляет N 2˙10⁶ циклов. Изменение указанных в предлагаемом способе температур старения (партия Х) приводит к понижению релаксационной стойкости, что нежелательно для упругих элементов, циклическая выносливость в данном случае остается высокой.

Таким образом, в результате проведенных испытаний установлено, что старение по предлагаемому способу в две ступени (I ступень проводится при температуре 260-280^оС в течение 1-2 ч, II ступень при 500-525^оС в течение 8-10 ч) обеспечивает повышение циклической выносливости пружин по сравнению со способом-прототипом.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (α+β) ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий обработку на твердый раствор и старение, отличающийся тем, что старение проводят в две ступени: первую ступень при 200 280^oС в течение 1 2 ч, а вторую при 500 525^oС в течение 8 10 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3