Способ получения жаропрочных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, дисков ГТД, силовых и энергетических установок. Предложен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования. Горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 часа при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1÷2 часа при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5-35)°С, выдержка 2÷3 часа при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Технической результат - повышение механических свойств титановых сплавов, что позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники. 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, силовых и энергетических установок.

Известен способ получения слитков из титановых сплавов вакуумно-дуговым переплавом. Способ заключается в выплавке слитка в вакуумно-дуговой печи методом расходуемого электрода с последующим, по крайней мере, двойным переплавом. Слитки для изготовления дисков, валов, а также лопаток вентиляторов всех типов авиационных двигателей получают методом тройного переплава одного прессованного электрода (Патент РФ №2244029).

Недостатком известного способа является необходимость тройного переплава для получения однородного химического состава, возникновение дефектов в виде раковин и внутренних пор, большая потеря металла из-за необходимости глубокой обточки слитка.

Известен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка, проведение горячего изостатического прессования (ГИП) и термическую обработку, в котором ГИП проводят до и после термической обработки по следующему режиму - нагрев до температуры 1260°С, выдержка в течение 4 часов при давлении 1590 атм в аргоне, а термическую обработку по режиму - нагрев до температуры 890°С с выдержкой в течение 16 часов (Патент США №5354351).

Недостатками способа является невозможность полного удаления микро- и макропористости и несплошностей. Данный способ получения жаропрочных титановых сплавов является более продолжительным и энергозатратным.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования отливок по следующему режиму: нагрев до температуры (0,9÷0,95)Тпп, выдержка 2÷4 часов при давлении 640÷960 атм (Патент США №4482398).

Недостатком способа являются недостаточно высокий уровень механических свойств.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения жаропрочных титановых сплавов, обеспечивающего повышение механических свойств и сокращение количества переплавов при получении слитка.

Для достижения поставленной технической задачи предложен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, в котором горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 часа при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1÷2 часа при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 часа при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения.

Установлено, что при получении жаропрочных титановых сплавов с использованием трехступенчатого горячего изостатического прессования с заявленными режимами происходит устранения пористости в слитках, формирование бездендритной мелкопластинчатой структуры, равномерной по всему объему слитка, что обеспечивает повышение механических свойств.

Примеры осуществления

По предлагаемому способу были изготовлены жаропрочные титановые сплавы марок ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ-25У.

Слиток сплава ВТ8-1, имеющего температуру полиморфного превращения (Тпп) 1000°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1000-235=765°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1000+155=1155°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1000-5=995°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм.

Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1.

Определение механических свойств, таких как предел прочности (σβ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ8-1 приведены в таблице 1.

Слиток сплава ВТ3-1, имеющего температуру полиморфного превращения 970°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 970-235=735°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 970+155=1125°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 970-5=965°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σβ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ3-1 приведены в таблице 2.

Слиток сплава ВТ25У, имеющего температуру полиморфного превращения 1020°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1020-235=785°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1020+155=1175°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1020-5=1015°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σβ), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ25У приведены в таблице 3.

Из таблиц 1, 2 и 3 видно, что применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов (ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ25У) обеспечивает повышение предела прочности на ~10%, относительного удлинения и сужения на 12-15%.

Применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования позволит повысить ресурсные и эксплуатационные характеристики (более длительный ресурс работы изделия), надежность изделий авиационной техники.

Таблица 1
№№ п/п Ступени ГИП σβ, МПа δ, % ψ, %
Температура, °C Давление, атм Выдержка, ч
I 765 730 1
1 II 1155 960 2 1183 16 29
III 995 920 2
I 740 705 1
Предлагаемый 2 II 1140 985 2 1180 17 32
способ III 980 895 3
I 715 680 1,5
3 II 1125 1010 1 1177 16 30
III 965 870 3
Прототип 4 925 770 3 1078 13 26
Таблица 2
№№ п/п Ступени ГИП σβ, МПа δ, % ψ, %
Температура, °С Давление, атм Выдержка, ч
I 735 730 1
1 II 1125 960 2 1129 17 30
III 965 920 2
I 710 705 1
Предлагаемый 2 II 1110 985 2 1131 16 29
способ III 950 895 3
I 685 680 1,5
3 II 1095 1010 1 1126 15 31
III 935 870 3
Прототип 4 895 770 3 1029 12 25
Таблица 3
№№ п/п Ступени ГИП σβ, МПа δ, % ψ, %
Температура, °C Давление, атм Выдержка, ч
I 785 730 1
1 II 1175 960 2 1198 9,8 26,4
III 1015 920 2
I 760 705 1
Предлагаемый 2 II 1160 985 2 1205 10 26
способ III 1000 895 3
I 735 680 1,5
3 II 1145 1010 1 1200 9,6 25
III 985 870 3
Прототип 4 945 770 3 1100 8 22

Способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 ч при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1-2 ч при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 ч при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления изделий из сплавов с эффектом памяти формы на основе никелида титана со способным к изменению цвета покрытием в его деформированной части, и может быть использовано при поизводстве датчиков, которые самопроизвольно информируют об изменении температуры и деформации путем изменения цвета их поверхности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно способам химико-термической поверхностной обработки титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть применено для упрочняющей обработки кромок лопаток паровых турбин при их изготовлении или при восстановительном ремонте.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из титановых сплавов.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из легированных сталей.

Изобретение относится к технологии механической обработки металлов давлением при интенсивной пластической деформации и может быть использовано для изготовления нанокристаллических труднодеформируемых металлов или полуфабрикатов с улучшенными физико-механическими свойствами.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в турбомашиностроении при восстановлении эксплуатационных свойств рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из титановых сплавов.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из легированных сталей.
Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в турбомашиностроении при восстановлении эксплуатационных свойств рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из титановых сплавов.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления металлических пластин из гафния, используемых в активных зонах атомных реакторов, в химической и нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки крупногабаритных заготовок из титановых сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами для изготовления изделий, эксплуатируемых в различных областях промышленности, в том числе машиностроении, авиадвигателестроении и медицине

Изобретение относится к области металлургии, в частности к материаловедению в машиностроении, и может быть использовано при изготовлении проволоки из титановых сплавов и изделий из нее, например пружин
Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке псевдо- -титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей и узлов авиакосмической техники

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия

Изобретение относится к металлургии, в частности к изделиям из сплавов никелида титана с эффектом памяти формы, и может быть использовано в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению дистанционирующей решетки для позиционирования топливных стержней в сборке тепловыделяющих элементов ядерных установок

Изобретение относится к деформационной обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении, авиа-двигателестроении, автомобильной промышленности
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке изделий (полуфабрикатов, деталей, узлов и др.) из титановых сплавов Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов включает термомеханическую обработку, которую проводят в двенадцать стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп +200÷Тпп+270)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп+70÷Тпп -100)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на второй стадии - нагрев до температуры (Т пп+120÷Тпп+170)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп-50÷Т пп-110)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на третьей стадии - нагрев до температуры (Т пп+20÷Тпп+70)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп-70÷Т пп-140)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°C, деформацию со степенью 15-60% при охлаждении до температуры (Тпп -100÷Тпп-140)°C; на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп+70÷Тпп+90)°C, деформацию со степенью 30-60% при охлаждении до температуры (Т пп-40÷Тпп-90)°C; на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп -40)°C, деформацию со степенью 20-40% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-60÷Тпп-100)°C; на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Т пп+50)°C, деформацию со степенью 30-60% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-40÷Тпп -70)°C; на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т пп-20÷Тпп-40)°C, деформацию со степенью 20-60% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-60÷Т пп-100)°C; на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп+30÷Тпп+70)°C, деформацию при прокатке со степенью 40-70% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-70÷Тпп-170)°C; на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Т пп-40)°C, деформацию при прокатке со степенью 30-50% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-100÷Т пп-200)°C; на одиннадцатой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-70÷Тпп-170)°C с выдержкой 15-60 мин, охлаждение на воздухе или в воде; на двенадцатой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-270÷Т пп-470)°C с выдержкой 5-15 часов, где Тпп - температура полиморфного превращения; при этом с четвертой по восьмую стадию направление деформации на 90° изменяют от двух до четырех раз
Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано для получения высокопрочной проволоки из ( + )-титановых сплавов, предназначенной для изготовления витых и плетеных конструкций

Изобретение относится к области поверхностной термомеханической обработки деталей из жаропрочных сталей, титановых и никелевых сплавов, интерметаллидов и др

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования, для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, дисков ГТД, силовых и энергетических установок

Наверх