Способ изготовления промежуточной заготовки из - или + -титановых сплавов

Изобретение относится к изготовлению промежуточных заготовок из α- и α+β-титановых сплавов методом горячего деформирования. Проводят ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области. Заготовку механически обрабатывают. Заготовку нагревают в два этапа. На первом этапе заготовку нагревают до температуры поверхности заготовки в диапазоне от температуры на 250°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/сек. На втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°С ниже температуры полиморфного превращения. Окончательное прессование ведут в (α+β)-области с величиной укова на последних переходах 1,36-2,5. Сокращается время нагрева заготовки до температуры прессования, что повышает производительность способа и способствует получению мелкозернистой структуры металла заготовки. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления промежуточных заготовок из α- и (α+β)-титановых сплавов методом горячей деформации.

Известен способ производства промежуточных заготовок из сплавов титана, включающий выплавку слитков, нагрев в рекуперативных нагревательных колодцах, прокатку слитков в блюм, прокатку блюма в круг на крупносортном прокатном стане и окончательную прокатку прутка на готовый размер на сортовом прокатном стане (Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. и др. - М.: ВИЛС, 1996, с.177-179 [1]).

Известный способ позволяет получать промежуточную заготовку из сплавов титана на прокатных станах без использования специализированного оборудования.

Недостатком известного способа является невозможность получения требуемой структуры в промежуточной заготовке вследствие того, что деформация металла на всех переходах происходит в β-области. Кроме того, недостатком данного способа является большая потеря металла из-за значительной разнотолщинности на концах прутков ([1], с.187).

Известен способ изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов прессованием (см. ([1], с.176).

Недостатком этого процесса являются большие потери металла в виде пресс-остатка и дефектов утяжинного конца. Кроме того, экструдирование заготовок из слитка невозможно в (α+β)-области из-за больших давлений и высоких усилий прессования, а прессование в β-области не позволяет формировать требуемую структуру заготовки.

Известен способ изготовления промежуточной заготовки из α- и (α+β)-титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток в несколько переходов при температурах β-области, промежуточную ковку при температурах β- и (α+β)-области, окончательную деформацию в (α+β)-области и механическую обработку (см. [1], с.184-189).

Недостатком известного способа является структурная неоднородность вследствие захолаживания металла в процессе ковки, неравномерности деформации и наличия зон затрудненной деформации. Кроме того, недостатком является большое число нагревов, особенно при ковке в (α+β)-области на последних переходах, т.к. разовый уков в (α+β)-области ограничен пластичностью металла и быстрым охлаждением металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является способ изготовления промежуточной заготовки из α- и (α+β)-титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области, окончательную деформацию при температуре (α+β)-области и механическую обработку, при этом промежуточную ковку в (α+β)-области осуществляют с величиной укова 1,25-1,75, а на окончательных переходах ковку проводят с уковом 1,25-1,35 в пруток диаметром, определяемым по приведенному выражению (Патент РФ №2217260, публ. 27.11.2003 г. Бюл. №23) - прототип.

Недостатком прототипа является достаточно низкая производительность процесса прессования.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение производительности процесса прессования промежуточной заготовки с формированием регламентированной микроструктуры и термообработки на твердый раствор отпрессованных заготовок за счет укова на окончательных переходах ковки 1,36-2,5, а также сокращения времени нагрева заготовки до температуры прессования.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является формирование регламентированной микроструктуры, сокращение времени нагрева в 1,5-2,5 раза за счет ускоренного нагрева металла до температуры поверхности заготовки в диапазоне от 250°С ниже температуры полиморфного превращения до 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/сек и предварительной ковки в (α+β)-области с величиной укова 1,36-2,5.

При нагреве заготовки, предварительно деформированной в (α+β)-области, происходит рекристаллизация металла с измельчением зерен и дальнейшее измельчение зерен при прессовании заготовки в (α+β)-области, что позволяет получать мелкозернистую структуру металла.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления промежуточной заготовки из α- или (α+β)-титановых сплавов, включающем ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре α- и (α+β)-области, механическую обработку заготовки и окончательное прессование в (α+β)-области, согласно изобретению величина укова на окончательных переходах ковки составляет 1,36-2,5, нагрев заготовки перед прессованием осуществляют в два этапа, причем на первом этапе заготовку нагревают до температуры поверхности заготовки в диапазоне от температуры на 250°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/сек, а на втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°С ниже температуры полиморфного превращения. При этом на первом этапе заготовку нагревают в индукционной печи.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Ковка слитка в пруток при температуре β-области на первых проходах разрушает литую структуру. Первая ковка в (α+β)-области с величиной укова менее 1,36 разрушает большеугловые границы зерен и последующий нагрев с деформацией в β-области сопровождается рекристаллизацией с измельчением зерна. Окончательная деформация прутка в (α+β)-области переводит структуру металла в (α+β)-деформированную и при укове 1,36-2,5 приводит к разрушению большеугловых границ β-зерен и равномерной структуре по всему сечению, повышая пластичность металла.

При нагреве металла, предварительно деформированного в (α+β)-области, происходит рекристаллизация металла с измельчением зерен и дальнейшее измельчение зерен при прессовании в (α+β)-области, что обеспечивает получение мелкозернистой структуры металла и увеличение количества α-фазы.

Охлаждение до температуры прессования поверхностных слоев заготовки осуществляют на воздухе, а затем заготовки продолжают выдерживать в электрической печи сопротивления для выравнивания температуры металла по сечению и длине заготовки до температуры прессования.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V ELI с температурой полиморфного превращения Т_пп=957°С за несколько переходов отковали в пруток диаметром 282 мм. Величина укова при последнем переходе ковки в (α+β)-области составила 1,36. Полученный кованый пруток обточили на диаметр 275 мм, разрезали на краты длиной 750 мм, выполнили фаски и произвели нагрев в индукционной печи до температуры 1020°С (β-область) в течение 20 минут со скоростью нагрева 0,93°С/сек, затем охлаждали в электрической печи сопротивления до температуры 907°С в течение 60 минут. В завершение способа провели прессование нагретого кованого прутка в промежуточную заготовку диаметром 152,5 мм с вытяжкой 3,25 и термообработку при температуре 927°С в течение двух часов.

По заявленному способу общее время нагрева заготовки перед прессованием сократилось со 140 минут до 80 минут, т.е. в 1,75 раза.

Микроструктура в промежуточной заготовке глобулярная, с остатками границ бывших β-зерен, количество α-фазы составило 25-30%.

Пример 2. Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti-6Al-4V с температурой полиморфного превращения Т_пп=998°С за несколько переходов отковали в пруток диаметром 282 мм. Величина укова при последних переходах ковки в (α+β)-области составила 1,72. Полученный кованый пруток обточили на ⊘275, разрезали на краты длиной 650 мм, выполнили фаски и произвели нагрев в индукционной печи до температуры 965°С (α+β)-область в течение 15 минут со скоростью нагрева 1,05°С/сек, затем окончательно нагрели до температуры 928°С в течение 60 минут. В завершение способа провели прессование с получением промежуточной заготовки ⊘152,5 мм с вытяжкой 3,25 и термообработкой при температуре 968°С в течение двух часов.

По заявленному способу общее время нагрева заготовки перед прессованием сократилось со 150 до 75 минут, т.е. в 2 раза.

Микроструктура в промежуточной заготовке глобулярная, равноосная, без границ бывших β-зерен и укрупненной α-фазы, количество α-фазы 35-40%.

Пример 3. Слиток диаметром 740 мм из технического титана марки Вт 1-0 с температурой полиморфного превращения Т_пп=890°С за несколько переходов отковали в пруток диаметром 282 мм. Уков на последнем переходе ковки в (α+β)-области составил 1,7. Полученный кованый пруток обточили на диаметр 275 мм, разрезали на краты длиной 750 мм, выполнили фаски и произвели нагрев заготовок в β-область в индукционной печи в течение 18 минут со скоростью 0,83°С/сек до температуры 920°С, после чего охладили заготовку на воздухе до температуры 760°С в течение 7 минут, затем заготовку выдерживали в электрической печи сопротивления при температуре 760°С в течение 40 минут для выравнивания температуры по сечению и длине заготовки. Затем отпрессовали промежуточную заготовку диаметром 133 мм с вытяжкой 4,27. Термообработку промежуточной заготовки совместили с нагревом под горячую прокатку труб на стане ПВП 40-80.

Опытное опробование предлагаемого способа изготовления промежуточной заготовки показало, что общее время нагрева заготовки перед прессованием снизилось со 165 минут до 65 минут, т.е. более чем в 2,5 раза.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления промежуточной заготовки из α- и (α+β)-титановых сплавов по сравнению с прототипом обеспечивает повышение производительности процесса прессования за счет сокращения времени нагрева заготовки до температуры прессования, регламентирует процесс рекристаллизации во время скоростного нагрева, в результате чего формируется заданная микроструктура.

1. Способ изготовления промежуточной заготовки из α- или α+β-титановых сплавов, включающий ковку слитка в пруток за несколько переходов при температуре β- и (α+β)-области, механическую обработку заготовки и окончательное прессование в (α+β)-области, отличающийся тем, что величина укова на последних переходах ковки составляет 1,36-2,5, а нагрев заготовки перед прессованием осуществляют в два этапа, причем на первом этапе заготовку нагревают до температуры поверхности заготовки в диапазоне от температуры на 250°С ниже температуры полиморфного превращения до температуры на 100°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 0,3-2,5°С/с, а на втором этапе заготовку охлаждают или нагревают до температуры на 40-250°С ниже температуры полиморфного превращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе заготовку нагревают в индукционной печи.