Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой



Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой
Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой
Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой
Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой
Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой
Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой

 

B23K103/14 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2504598:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению труб из технически чистого титана с радиальной структурой. Для получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой изготавливают заготовки в виде колец, деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением их диаметра, а затем сваривают торцами встык с получением трубы. Деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане или ковкой на оправке на кузнечном оборудовании. Радиальная текстура сохраняется по длине трубы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.

 

Предлагаемый способ относится к области металлургии, а именно к методам создания текстурованного состояния материалов, имеющих гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку, в основном, таких как альфа-титан.

В основном, в трубах из титановых и циркониевых сплавов стараются получить радиальную текстуру металла, что объясняется их лучшей стойкостью против развития трещин.

В дальнейшем для пояснения ситуаций, связанных с текстурованным состоянием, будет использовано понятие параметров Кернса (Kearns J.J. On the relationship among 'f' texture factors for the principal planes of zirconium, hafnium and titanium alloys. Journal of Nuclear Materials. 2001. V.299. №2. P.171-174).

Из уровня техники известен способ производства труб из материалов в состоянии гексагональной плотноупакованной решетки, далее ГПУ-решетки (патент США US 4765174. Texture enhancement of metallic tubing material having a hexagonal close-packed crystal structure / Cook Charles S, Sabol George P. Заявитель Westinghouse Electric Corporation [US]. МПК B21B 21/00, B21C 37/06, B21C 37/30. Опубл. 1988-08-23. Приоритет 1987-02-20).

Способом предложено использовать операцию уменьшения диаметра трубы с одновременным уменьшением толщины стенки. Это приводит к достижению деформации сжатия в радиальном направлении (εr<0) и такую же деформацию сжатия в тангенциальном направлении (εφ<0) при наличии деформации растяжения вдоль длины заготовки. Наличие деформации сжатия в радиальном направлении приводит к формированию радиальной текстуры и увеличению параметра Кернса fr с 0,33, характерного для нетекстурованного состояния, до 0,5.

В описании к патенту, однако, отмечается, что лучшим вариантом является формирование схемы деформации сжатия в радиальном направлении (εr<0) и деформации растяжения в тангенциальном направлении (εφ>0). Это достигается применением операции увеличения диаметра трубы с уменьшением толщины стенки. Наличие такой схемы деформированного состояния позволяет сформировать более острую радиальную текстуру в заготовке и увеличить параметр Кернса, отвечающий за радиальную составляющую.

В частности, с использованием описанного приема удается увеличить параметр Кернса в радиальном направлении fr до величины 0,66. Это достижение сделано благодаря тому, что реализована схема деформированного состояния, в которой имеется лишь одна деформация сжатия (при двух деформациях растяжения), которая направлена именно вдоль радиуса заготовки.

В частности, этими исследованиями установлено, что при обжатии с логарифмической степенью деформации по стенке εr=-εφ=-0,1 параметр Кернса fr повышается на величину 0,12.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту (прототип) является способ производства титановых труб (Патент США №5332454. Titanium or titanium based alloy corrosion resistant tubing from welded stock / Meredith Steven Е., Benjamin James F. Заявитель Sandvik Special Metals [US]. МПК C22F 1/18. Опубл. 1994-07-26. Приоритет от 1992-01-28).

Способ предполагает получение трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой и включает получение полых заготовок, их деформацию и сварку. В том числе способ включает плоскую прокатку штрипсовой (листовой) заготовки, свертывание ее в трубу, скрепление кромок продольной сваркой. Сущность этого технического решения состоит в том, что при плоской прокатке создается схема деформированного состояния, в которой по толщине листовой заготовки создается деформация сжатия, а по длине заготовки - деформация растяжения. По ширине заготовки деформации отсутствуют вследствие наличия схемы плоской деформации. Для металлов с ГПУ-решеткой текстура создается в направлении создания деформаций сжатия. Поскольку при прокатке деформации сжатия были направлены по толщине заготовки, то после свертывания трубы эти деформации превратились в радиальные, что привело к созданию радиально направленной текстуры.

Недостатком прототипа является невозможность сохранения текстурованного состояния по длине окружности трубы из-за наличия продольного сварочного шва, в котором радиальная текстура не сформирована.

Кроме того, продольный шов плохо сопротивляется действию тангенциальных напряжений, возникающих при использовании труб под действием сред высокого давления, а именно в этом состоит предназначение труб.

Предлагаемый способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой включает получение полых заготовок, их деформацию и сварку. Он отличается тем, что получают заготовки в виде колец, кольца деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением диаметра и сваривают торцами встык с получением трубы.

Деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане.

В ином варианте деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют ковкой на оправке на кузнечном оборудовании.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. При прокатке колец достигается деформация удлинения в тангенциальном направлении (εφ>0), деформация сжатия в радиальном направлении (εφ<0), а деформация удлинения в высотном направлении отсутствует (εz=0). Таким образом, в этой схеме деформированного состояния существуют одна деформация удлинения и одна укорочения. При этом радиальная текстура формируется вдоль оси укорочения, т.е. именно в радиальном направлении.

Сварной шов получается не вдоль продольного направления, а вдоль поперечного направления, не опасного с позиции разрушения от действий тангенциальных напряжений. Кроме того, в этом случае нет нарушения полученной предварительно текстуры по длине окружности трубы, поскольку сварочный шов направлен не вдоль трубы, а выполнен в поперечном направлении.

На фиг.1 изображен профиль исходной заготовки. На фиг.2 показана схема кольцевой прокатки. На фиг.3 показан в виде куба элементарный объем со схемой направлений деформаций. На фиг.4 показано кольцо увеличенного диаметра. На фиг.5 показана схема сварки колец увеличенного диаметра. На фиг.6 показана схема ковки колец.

Способ осуществляется следующим образом. На первом этапе полые заготовки 1 (фиг.1) изготавливают в форме колец с использованием известных методов обработки металлов давлением, например, метода прессования и последующей резкой на мерные длины. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации с уменьшением толщины стенок колец и получением колец увеличенного диаметра. Уменьшение толщины стенок колец и получение колец увеличенного диаметра, осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане. На фиг.2 показано, что заготовку 1 деформируют два валка, внешний валок 2 расположен с наружной поверхности полой заготовки 1, а внутренний валок 3 расположен внутри полости кольца. Совместным обжатием валков толщина стенки заготовки уменьшается, а диаметр заготовки увеличивается. На фиг.3 показан в виде куба элементарный объем 4 металла заготовки в этом процессе. Обжатие заготовки происходит в направлении радиуса, поэтому деформации εr<0 и оказываются деформациями сжатия. Размер заготовки в тангенциальном (хордовом) направлении увеличивается, поэтому деформации εφ>0 и оказываются деформациями удлинения. На фиг.4 показано кольцо увеличенного диаметра 5, у которого толщина стенки уменьшена относительно исходного размера. На третьем этапе (фиг.5) кольца увеличенного диаметра сваривают встык (места сварки обозначены как 6), в результате чего получается труба 7.

Вариантом способа является замена приема прокатки кольца на прием ковки кольца. На фиг.6 показано, что боек или плита 8 пресса воздействует на наружный диаметр полой заготовки 1, при этом внутренним диаметром заготовка опирается на неподвижно закрепленную оправку 9. В результате такого воздействия толщина стенки локально уменьшается, а диаметр заготовки увеличивается. После отвода бойка 8 заготовку 1 поворачивают на заданный угол, и процесс обжатия повторяют, добиваясь равномерной деформации по длине окружности заготовки.

Пример 1. На первом этапе получают заготовки из технически чистого титана в виде колец. Для этого полую заготовку наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 50 мм разрезают на мерные длины и получают кольцо с толщиной стенки 5 мм. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации на кольцепрокатном стане с уменьшением толщины стенки до 4,5 мм. При этом наружный диаметр кольца увеличивается до 65,6 мм, а внутренний до 56,6 мм. Степень деформации по стенке составляет εr=-εφ=-0,1. Таким образом, получена степень деформации, при которой, как это было показано выше, параметр Кернса fr увеличивается на величину 0,12, т.е. повышается острота радиальной текстуры. На третьем этапе полученные кольца увеличенного диаметра сваривают торцами встык с получением трубы.

Пример 2. На первом этапе получают заготовки из технически чистого титана в виде колец. Для этого полую заготовку наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 50 мм разрезают на мерные длины и получают кольцо с толщиной стенки 5 мм. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации на кольцепрокатном стане с уменьшением толщины стенки до 4 мм. При этом наружный диаметр кольца увеличивается до 72,8 мм, а внутренний до 64,8 мм. Степень деформации по стенке составляет εr=-εφ=-0,2. Здесь получилась вдвое более высокая степень деформации, при которой, как это было показано выше, параметр Кернса fr увеличивается на величину 0,24, т.е. повышается острота радиальной текстуры. На третьем этапе полученные кольца увеличенного диаметра сваривают торцами встык с получением трубы.

Следует отметить, что текстурованное состояние в способе-прототипе по длине окружности трубы нарушалось из-за наличия продольного сварочного шва, а в предлагаемом способе этого не происходит, поскольку продольный сварочный шов отсутствует.

Технический результат заключается в достижении и сохранении текстурованного состояния по длине окружности трубы.

1. Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой, включающий получение полых заготовок, их деформацию и сварку, отличающийся тем, что получают заготовки в виде колец, кольца деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением диаметра и сваривают торцами встык с получением трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют ковкой на оправке на кузнечном оборудовании.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам термической обработки литых заготовок из заэвтектоидных интерметаллидных сплавов на основе фаз γ-TiAl и α2-Ti3Al. Способ термической обработки литых заготовок из заэвтектоидных интерметаллидных сплавов на основе фаз γ-TiAl+α2-Ti3Al, затвердевающих полностью через β-фазу, содержащих легирующие элементы, по крайней мере, бор и элементы, стабилизирующие β-фазу, включает охлаждение заготовок от температур β-фазовой области.

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы, в частности сплавов на основе TiNi. Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы характеризуется структурой из наноскристаллических аустенитных зерен В2 фазы, в которой объемная доля зерен с размером менее 0,1 мкм и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно перпендикулярных плоскостях составляет не менее 90%.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°С, в частности лопаток газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству проволоки волочением, и может быть использовано для нагрева при изготовлении тонкой и тончайшей проволоки из никелида титана.

Изобретение относится к области получения наноструктурированных материалов путем обработки потоком порошковых частиц с использованием энергии взрыва, высокие физико-механические и химические свойства которых позволяют использовать для целей медицины, в том числе имплантатов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, и может быть использовано в авиационной промышленности. Высокопрочный псевдо-бета титановый сплав содержит, мас.%: 5,3-5,7 алюминия, 4,8-5,2 ванадия, 0,7-0,9 железа, 4,6-5,3 молибдена, 2,0-2,5 хрома, 0,12-0,16 кислорода, остальное титан и примеси и, при необходимости, один или более дополнительных элементов, выбранных из N, С, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu и Si, причем каждый дополнительный элемент присутствует в количестве менее 0,1%, и общее содержание дополнительных элементов составляет менее 0,5 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки титанового сплава для использования в выхлопных системах двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов в процессе получения толстых листов и плит.
Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке изделий из титана, и может быть применено в машиностроении, авиастроении. .

Изобретение относится к области наноструктурных материалов с ультрамелкозернистой структурой, в частности, двухфазных альфа-бета титановых сплавов, которые могут быть использованы для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях техники, машиностроения, медицины.

Изобретение может быть использовано для центровки рельсов в машине контактной стыковой сварки. В зону стыкуемых торцов рельсов вводят манипулятор с расположенными на нем датчиками расстояния и корректируют с помощью сервомеханизмов положение зажатия концов свариваемых рельсов путем их вертикального и горизонтального перемещения.

Изобретение относится к производству сварных труб методом электросопротивления. Перемещаемую металлическую полосу сгибают посредством валков до получения цилиндрической формы с обращенными друг к другу концами металлической полосы в направлении ее ширины и соединяют посредством сварочной установки.

Сварочная головка может быть использована для соединения контактной стыковой сваркой оплавлением крайних участков двух секций рельсового пути. Две полуголовки (10) сварочной головки расположены одна напротив другой с возможностью скольжения одной относительно другой в продольном направлении.

Изобретение относится к машине для контактной стыковой сварки рельсов и может использоваться как при сварке отдельных рельсов, так и при сварке длинных рельсовых секций с предварительным натяжением, а также при ремонте рельсовых путей в полевых условиях.

Изобретение относится к способу и стану для изготовления сварной двутавровой балки. Способ позволяет вести сварку 4-х поясных швов аргонодуговой сваркой за один проход.

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, закладываемым в грунты с вечной мерзлотой. Способ включает разделку торцов элементов сваи.

Изобретение относится к способу многодуговой сварки листовых сварных заготовок для получения из них методами холодной штамповки деталей кузова автомобиля. Предварительно определяют ток и скорость сварки первой дуги из условия обеспечения проплавления на всю толщину листовой заготовки и изотерму плавления на поверхности листов со стороны сварки.

Изобретение относится к электросварочному аппарату и способу сварки двух труб и может найти использование при прокладке трубопроводов. Электросварочный аппарат содержит сварочную горелку (3), установленную с возможностью поворота вокруг первой (21) и второй (23) горизонтальных осей с перемещением между рабочим положением, в котором сварочная горелка расположена в желобе (19), и отведенным положением, в котором сварочная горелка (3) расположена на расстоянии от желоба.

Изобретение относится к способу изготовления вала для турбины и/или генератора посредством сварного соединения и к валу, изготовленному упомянутым способом. Осуществляют удаление по меньшей мере с одной стороны основной ограничивающей круговой поверхности соответственно одной центральной части соответствующего элемента (5) вала относительно оси вращения (2) для получения соответственно одной открытой полости (11) по меньшей мере в одном цилиндре (3) в пределах оставшегося трубообразного ребра (13).

Изобретение относится к сварке давлением, а именно к диффузионной сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием, и может быть использовано для изготовления тонкостенных конструкций из титанового сплава ОТ4-1.

Изобретение относится к устройству для прокатной клети, предназначенной для прокатки изделий в форме прутка или трубы, а также к прокатной клети, содержащей такое устройство.
Наверх