Способ термической обработки высокопрочных ( + )-титановых сплавов


 


Владельцы патента RU 2465366:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике при изготовлении силовых деталей конструкций. Предложен способ термической обработки высокопрочных (α+β)-титановых сплавов. Способ характеризуется тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин. Затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе. Сплавы характеризуются высокими механическими свойствами. Повышается надежность изделий авиакосмической техники за счет достижения более высокого уровня механических свойств. 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термической обработке высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике при изготовлении силовых деталей конструкций.

Известен способ термической обработки (α+β)-титанового сплава Ti -6%Al - 2%Sn - 2%Zr - 2%Cr - 2%Мо - 0,16%Si, предварительно подвергнутого ковке в (α+β)-области, включающий: нагрев выше температуры полиморфного превращения (Тпп), а именно до температуры Тпп+(17-42)°С, выдержку при этой температуре, охлаждение, нагрев до температуры Тпп-(17-50)°С, выдержку при этой температуре, охлаждение, нагрев до температуры в интервале (482-593)°С и последующую выдержку при этой температуре. Молибденовый эквивалент (Моэкв.) данного сплава, рассчитанный по формуле: Моэкв.=Mo+V/1,5+Cr/0,6+Fe/0,35, равен 5,3 (заявка №WO 93/22468).

Недостатком способа является то, что он разработан применительно к сплаву с относительно низким уровнем молибденового эквивалента, обладающему недостаточной прокаливаемостью. Кроме того, этот сплав, обработанный известным способом, имеет недостаточно высокий уровень предела прочности (σВ≥1030 МПа) и предела текучести (σ0,2≥930 МПа).

Известен также способ термической обработки (α+β)-титанового сплава Ti - 6%Al - 4%V ELI, включающий: нагрев выше температуры полиморфного превращения, а именно до температуры Тпп+(28-42)°С, выдержку при этой температуре в течение 30 мин, охлаждение под вентилятором до температуры 746°С, выдержку при этой температуре в течение 3 ч, охлаждение на воздухе / Т.Е.Howson and R.G.Broadwell: «The design, production, and metallurgy of advanced, very large, titanium aerospace forgings», Procs. of the 8th Intemat. Conf. on Titanium, Titanium ′95, Science and technology, - Birmingham (UK) - 1995, vol.1, p.643 (636-643)/.

Недостатком известного способа является то, что сплав Ti - 6%Al -4%V ELI (Моэкв.=2,7), обработанный по известному способу, имеет низкий уровень предела прочности (σВ≥851 МПа) и предела текучести (σ0,2≥748 МПа).

Наиболее близким по назначению и технической сущности и взятым за прототип является способ термической обработки высокопрочного титанового сплава с номинальным химическим составом Ti - 5%Аl - 5%Мо - 5%V - 3%Cr (Моэкв.=13,3), включающий: нагрев до температуры Т1, превышающей температуру полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, достаточную для полного перехода из (α+β)- в β-состояние, охлаждение со скоростью 0,56-16,7°С/мин до температуры Т2, где Т2 ниже температуры полиморфного превращения и ниже 37,8°С, охлаждение с температуры Т2 до комнатной температуры - на воздухе, последующий нагрев до температуры старения Т3=371-593°С, выдержку при этой температуре в течение 1-12 ч (патент США №7785429).

Недостатком известного способа является низкий уровень механических свойств высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, обработанных известным способом.

Технической задачей изобретения является создание способа термической обработки высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, повышающего уровень механических свойств: предела прочности (σВ), предела текучести (σ0,2), сопротивления скорости роста трещины усталости (СРТУ) при 20°С и вязкости разрушения (K1C) при низких температурах (-70°С).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термической обработки высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, характеризующийся тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры в 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин, а затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе.

Авторами установлено, что охлаждение с температуры выше температуры полиморфного превращения со скоростью не менее 18°С/мин до температуры 680-630°С предотвращает распад метастабильной β-фазы внутри зерен и образование непрерывной оторочки α-фазы на границах зерен, отрицательно влияющей на характеристики трещиностойкости. В процессе выдержки при температуре 680-630°С образуется большое число центров зарождения α-фазы и формируется тонкоигольчатая внутризеренная структура, характеризующаяся значительной взаимной разориентировкой колоний α-игл. В результате последующих нагрева до температуры 720-780°С и выдержки при этой температуре увеличивается количество метастабильной β-фазы при сохранении морфологии описанной выше тонкоигольчатой внутризеренной микроструктуры. В процессе охлаждения со скоростью не менее 12°С/мин с указанной температуры до температуры 520-480°С фиксируется метастабильная β-фаза, образовавшаяся в процессе выдержки при температуре 720-780°С.

Таким образом предлагаемый способ обеспечивает получение тонкоигольчатой α-фазы в β-матрице, за счет чего достигается повышение уровня механических свойств высокопрочных (α+β)-титановых сплавов: предела прочности (σВ), предела текучести (σ0,2), сопротивления скорости роста трещины усталости (СРТУ) при 20°С и вязкости разрушения (K1C) при низких температурах (-70°С).

Примеры осуществления

Были изготовлены поковки из титановых сплавов ВТ22 (Ti - 5%Al - 5%Мо - 5%V - 1%Cr - 1%Fe; Моэкв.=12,9; Тпп=870°С) и ВТ23 (Ti - 5,5%Al - 2,2%Мо - 4,5%V - 1,2%Cr - 0,6% Fe; Моэкв.=8,9; Тпп=900°С) и Ti 5-5-5-3 (Ti - 5%Al - 5%Мо - 5%V - 3%Cr; Моэкв.=13,3; Тпп=860°С), обработанные предлагаемым способом (1-3) и способом-прототипом (4), которые были подвергнуты механическим испытаниям.

Пример 1.

Нагрев до температуры Т1=Тпп+20°С, выдержка при этой температуре τ1=0,25 ч, охлаждение со скоростью V1=18°С/мин до температуры Т2=630°С, выдержка при этой температуре τ2=1 ч, подогрев до температуры Т3=720°С, выдержка при этой температуре τ3=2 ч, охлаждение со скоростью V3=12°С/мин до температуры Т4=480°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т5=20°С.

Пример 2.

Нагрев до температуры T1пп+40°С, выдержка при этой температуре τ1=0,5 ч, охлаждение со скоростью V1=60°С/мин до температуры Т2=680°С, выдержка при этой температуре τ2=3 ч, нагрев до температуры Т3=780°С, выдержка при этой температуре τ3=3 ч, охлаждение со средней скоростью V3=20°С/мин до температуры Т4=520°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т5=20°С.

Пример 3.

Нагрев до температуры Т1пп+30°С, выдержка при этой температуре τ1=0,4 ч, охлаждение со скоростью V1=40°С/мин до температуры Т2=660°С, выдержка при этой температуре τ2=2 ч, подогрев до температуры Т3=750°С, выдержка при этой температуре τ3=2,5 ч, охлаждение со скоростью V3=36°С/мин до температуры Т4=500°С, далее охлаждение с нерегламентированной скоростью до температуры Т5=20°С.

Пример 4 (прототип).

Нагрев до температуры Т1пп+30°С, выдержка при этой температуре, τ1=0,4 ч, охлаждение со скоростью 8,6°С/мин до температуры Т2=35°С, охлаждение с температуры Т2 до комнатной температуры - на воздухе. Нагрев до температуры Т3=480°С, выдержка при этой температуре продолжительностью 6 ч.

В таблице представлены механические свойства титановых сплавов, обработанных предлагаемым способом (примеры 1-3) и способом-прототипом (пример 4).

Предлагаемый способ термической обработки высокопрочных (α+β)-титановых сплавов позволит повысить уровень их механических свойств: предела прочности (σВ) на 7-12%, предела текучести (σ0,2) на 8-11%, вязкости разрушения (K1C) (при температуре испытания -70°С) на 22-24% и снизить скорость роста трещины усталости (СПТУ) на 22-37%.

Применение предлагаемого способа термической обработки позволит повысить надежность изделий авиакосмической техники за счет достижения более высокого уровня механических свойств.

Таблица
№ п/п Механические свойства
σВ, МПа σ0,2, МПа δ, % СРТУ (dl/dN), мм/кц при ΔК=31 МПа·м1/2 K1c, МПа·м1/2
20°С -70°С
Сплав ВТ22
1 1230-1250 1180-1190 8-9 0,5-0,6 72,4-76,0
2 1260-1290 1200-1230 8-9 0,5-0,6 71,8-75,4
3 1280-1310 1210-1240 7-8 0,6-0,7 71,1-74,9
Сплав ВТ23
1 1210-1240 1150-1180 8-10 0,5-0,6 74,0-77,2
2 1250-1280 1180-1210 8-9 0,5-0,6 73,6-76,3
3 1260-1300 1190-1230 7-8 0,6-0,65 73,0-75,9
Сплав Ti 5-5-5-3
1 1220-1260 1170-1210 8-9 0,55-0,65 71,6-75,1
2 1240-1270 1180-1220 7-9 0,55-0,65 70,5-74,0
3 1270-1300 1210-1240 7-8 0,6-0,7 70,2-73,3
1140-1180 1070-1120 8-9 0,8-0,9 58,3-62,5

Способ термической обработки высокопрочных (α+β)-титановых сплавов, характеризующийся тем, что осуществляют нагрев выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре, охлаждение до температуры 680-630°С со скоростью не менее 18°С/мин с последующей выдержкой в течение 1-3 ч, нагрев до температуры 720-780°С и выдержку при этой температуре в течение 2-3 ч, охлаждение до температуры 520-480°С со скоростью не менее 12°С/мин, а затем проводят нагрев до температуры старения, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам с высокой коррозионной стойкостью. .
Изобретение относится к деформационно-термической обработке с изменением физико-механических свойств металла и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из титана.

Изобретение относится к пластинам из титана или титанового сплава, которые могут быть использованы в качестве материалов для теплообменников и установок химической переработки.

Изобретение относится к области радиационного материаловедения и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия, используемых в качестве конструкционных материалов в реакторах деления и синтеза.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству высокопрочных труб из двухфазных сплавов на основе титана, преимущественно из псевдо- и ( + )-сплавов.

Изобретение относится к области поверхностной термомеханической обработки деталей из жаропрочных сталей, титановых и никелевых сплавов, интерметаллидов и др. .
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 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 деформационной обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении, авиа-двигателестроении, автомобильной промышленности.

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

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения изделий из жаропрочных титановых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности, а также энергетическом машиностроении в качестве конструкции «блиск» газотурбинных двигателей ГТД

Изобретение относится к области металлургии, в частности, сплавам на основе титаналюминидов, предпочтительно на основе (TiAl), полученных порошковой или пирометаллургией

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении методом горячего деформирования промежуточных заготовок из титановых сплавов
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам термомеханической обработки для получения в штампованных заготовках и полуфабрикатах из титановых сплавов повышенных эксплуатационных и технологических свойств, и может быть использовано в авиастроении, автомобильной промышленности

Изобретение относится к области металлургии, в частности к аппарату и способу для термической обработки и окрашивания хирургических игл

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке сплавов с памятью формы на основе никелида титана

Изобретение относится к области сверхпроводимости и нанотехнологий, а именно к способу получения и обработки композитных материалов на основе высокотемпературных сверхпроводников (BTCП), которые могут быть использованы в устройствах передачи электроэнергии, для создания токоограничителей, трансформаторов, мощных магнитных систем
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления полуфабрикатов и изделий из бета-титановых сплавов путем термомеханической обработки, сопровождающейся изменением свойств материала

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к пластической деформации металлов, в частности к способам изготовления тонких листов из ( - )-, псевдо- , -титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки полуфабрикатов из титанового сплава ВТ6, и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине
Наверх