Способ изготовления заготовок из титана


 


Владельцы патента RU 2529131:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук (ИМАШ УрО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изготовлению заготовок из титановой губки. Способ изготовления заготовок из титана включает размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку. Перед размещением частиц титановой губки в камере пресса их нагревают в вакуумной нагревательной печи до температуры 700-800°C, легируют водородом до концентрации 0,1-0,9 мас.%, после чего снижают температуру в печи до температуры не ниже 300°C, компактирование ведут при температуре 300-700°С, прессование компактных заготовок осуществляют полунепрерывным методом через матрицу при температуре не выше 700°C с коэффициентом вытяжки не более двух, а затем при температуре не выше 700°C и коэффициенте вытяжки не менее трех, при этом прокатку заготовок проводят при температуре не выше 700°С, после которой осуществляют отжиг в вакууме при температуре не ниже 700°C. Обеспечивается возможность обрабатывать труднодеформируемый титан при более низких температурах, повышаются механические свойства получаемых заготовок. 1 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к обработке металлов давлением, преимущественно к изготовлению заготовок из титановой губки.

Известен способ получения передельных заготовок из металла подгруппы титана и сплавов на его основе (патент РФ №2107585, МПК6 B22F 3/02, опубл. 27.03.96 г.). Способ включает подготовку шихты (исходного материала), температурное и деформационное воздействие на него, обеспечивающее компактирование материала, в том числе окончательную горячую деформацию, перед которой осуществляют резку металла на куски и их горячее компактирование в вакууме при давлении не более 2×10-4 мм рт.ст. при температуре 850-1200°C и при давлении 5-100 МПа в течение 1-60 минут.

Общим для известного и заявленного способов является наличие операций по температурному и деформационному воздействию на исходный материал и его горячее компактирование.

К недостаткам известного способа следует отнести сложность и трудоемкость входящих в него технологических операций, необходимость поддержания высоких температур до 1200°C и создание вакуума с остаточным давлением не более 2×10-4 мм рт.ст.

Наиболее близким заявляемому по технической сути и достигаемому эффекту является способ изготовления титановой сварочной проволоки (заявка WO 2011/049465, МПК C22C 14/00; B21B 1/16; B22F 3/02; B23K 35/32; C22F 1/18, опубл. 28.04.2011 г., приоритет GB от 23.10.2009 г.). Известный способ характеризуется тем, что в нем исходный материал помещают в камеру одноосного пресса в виде одной или более частиц титановой губки, которую подвергают холодному компактированию, с целью формирования заготовки. Компактирование продолжают до тех пор, пока образец не уплотнится в сплошную заготовку с плотностью более 80%. Спрессованная заготовка покрывается смазкой. Заготовку нагревают до температуры 400-1000°C, подвергают прессованию при температуре 400-1000°C, прессованию пруток или профиль в том же температурном диапазоне и последующей прокатке. Прессованный пруток имеет плотность более 98%. С поверхности полученного прутка или профиля удаляют загрязнения. Начальная температура заготовки в ходе прессования не превышает 1000°C, температура прутка на выходе из пресса также не превышает 1000°C.

Общими для известного и заявленного способов являются: размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование губки до получения заготовки, прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующая прокатка.

Недостатком известного способа является высокое сопротивление обрабатываемого материала деформации, требующее применения высокотемпературного нагрева, что приводит к интенсивному окислению, снижающему механические свойства обрабатываемого металла и вызывающему охрупчивание. Кроме того, высокие температуры снижают стойкость инструмента, срок его службы, увеличивая тем самым расход инструмента и надежность оборудования в целом.

Задачами настоящего изобретения являются снижение сопротивления деформации обрабатываемого материала и возможность осуществления способа в более низком температурном диапазоне.

Технический результат заявленного изобретения состоит в получении возможности обработки труднодеформируемого титана в температурном режиме более низкого диапазона, повышении механических свойств получаемых заготовок, надежности оборудования, срока его службы и снижении расхода инструмента.

Это достигается тем, что в способе изготовления заготовок из титана, включающем размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, горячее прессование заготовки, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку, при этом перед размещением частиц титановой губки в камере пресса их нагревают в вакуумной нагревательной печи до температуры 700-800°C, легируют водородом до концентрации 0,1-0,9 мас.%, после чего снижают температуру в печи до температуры не ниже 300°C, компактирование ведут при температуре 300°C-700°C, прессование компактных заготовок осуществляют полунепрерывным методом через матрицу при температуре не выше 700°C с коэффициентом вытяжки не более двух, затем при температуре не выше 700°C и коэффициенте вытяжки не менее трех, прокатку проводят при температуре не выше 700°C, а после прокатки осуществляют отжиг в вакууме при температуре не ниже 700°C.

Пример конкретной реализации. Для изготовления заготовок из титана брали частицы титановой губки размерами 2-4 мм без предварительной их обработки и помещали в вакуумную нагревательную печь, герметизировали ее, создавая вакуум не менее 2×10-2 мм рт.ст. Губка выдерживалась в вакууме при температуре 750°C в течение одного часа. Затем в нагретую вакуумную печь вводили водород до полного его поглощения загруженной в нее титановой губкой. Концентрация водорода в титане составляла 0,1-0,9% массовых. После легирования титановой губки водородом в вакуумной нагревательной печи снижали температуру до значения ниже температуры начала активного поглощения титаном атмосферных газов, меньше или равного 400°C, в частности до 350°C, и производили разгерметизацию вакуумной печи. Нагретые частицы легированного водородом титана переносили в подогретую до 325°C камеру пресса с диаметром полости 45 мм и длиной 120 мм. Компактирование производили следующим образом. Плунжером пресса создавали давление на пористую массу частиц титановой губки, и она компактировалась, при приложенных давлении 800 МПа и температуре от 300 до 700°C, поскольку в этом диапазоне в системе Ti-H имеют место фазовые превращения, в результате которых снижается сопротивление титана деформации и повышается его пластичность. Нагрев до температуры 325°C частиц титана снижал его сопротивление деформации в 1,5 раза по сравнению с титаном, не содержащим водорода, при той же температуре. В результате этого пористость заготовок при легировании водородом губки удалось понизить с 3% до 1%. Таким образом, получили высокоплотную компактированную заготовку из титановой губки с диаметром ≈45 мм и высотой ≈45 мм. После получения компактированной заготовки необходимой плотности, камеру пресса, температура внутри которой составляла 325°C, заполняли следующей порцией титановой губки, легированной водородом, при этом скомпактированная заготовка оставалась в полости камеры пресса. Плунжером пресса создавали давление на новую порцию титановой губки, под действием которого из этой порции губки происходило формирование компактной заготовки и одновременное прессование первой компактированной заготовки с двукратным обжатием. Значение коэффициента вытяжки, равное двум, определялось уровнем давления, необходимого для уплотнения второй порции губки и формирования заготовки, прессуемой через матрицу. После прессования легированной водородом компактированной заготовки из контейнера пресса получали заготовку диаметром ≈31 мм, высотой ≈90 мм и относительной плотностью ≈99%, а на ее прежнем месте в полости камеры пресса оказывалась компактированная заготовка из второй порции губки. Далее процесс повторяется с применением следующих порций губки. Это позволило производить полунепрерывное прессование компактированных заготовок с отсутствием внешней пористости и с минимальной внутренней пористостью. Полученную прессованную заготовку диаметром ≈31 мм, высотой ≈90 мм и относительной плотностью ≈99%очищали от загрязнений и покрывали стеклянной смазкой для облегчения процесса дальнейшего прессования, минимизации износа прессовой оснастки и предотвращения поступления атмосферных примесей.

Последующее прессование при 600°C осуществляли следующим образом. Заготовку нагревали и незамедлительно перемещали в предварительно нагретый контейнер пресса, снабженный матрицей с отверстием диаметром 11 мм. Плунжер с повышенным усилием давил на задний конец заготовки. После достижения плунжером предельного положения, ею извлекали и в контейнер пресса помещали следующую компактированную и прессованную заготовку, после чего к ней прикладывали усилие, происходило допрессовывание первой заготовки и начиналось прессование второй, то есть реализовывалось полунепрерывное прессование. Из компактированной и прессованной заготовки диаметром ≈31 мм был получен пруток диаметром ≈11 мм, коэффициент вытяжки имел значение 8. Прессование при 600°С заготовок, полученных из частиц легированной водородом титановой губки, производилось при усилиях прессования в 1,3 раза ниже, чем заготовок, не содержащих водорода. Полученные из легированных водородом частиц прутки были беспористыми, прутки из нелегированной водородом губки имели пористость=1%. Механические свойства заготовок при 600°С в первом случае характеризовались σ0,2=22,4 МПа, σв=28,1 МПа, δ=58,6%, Ψ=99,2%, во втором σ0,2=23,8 МПа, σв=28,7 МПа, δ=16%, Ψ=44%. Таким образом, применение частиц титановой губки, легированной водородом, привело к уменьшению усилия прессования заготовки, увеличению их плотности и улучшению деформационных свойств.

Далее полученные заготовки подвергались прокатке. Процесс прокатки производили при температуре не более 700°C после удаления загрязнений с поверхности заготовок и покрытия их смазкой и повторяли до получения конечного размера и формы. После прокатки компактированных и дважды прессованных заготовок была получена проволока, профиль.

После прокатки производили отжиг в вакууме для удаления водорода из титана, для чего осуществляли выдержку проволоки в нагретой печи в вакууме не более 2×10-2 мм рт.ст., в режиме, способствующем удалению водорода из титана. Отжиг производили при температуре 850°C в течение 3 часов.

Таким образом, применение заявленного способа изготовления заготовок из титана позволяет обеспечить получение возможности обработки труднодеформируемого титана в температурном режиме более низкого диапазона, повышение механических свойств получаемых заготовок, надежности оборудования, срока его службы и снижение расхода инструмента.

Способ изготовления заготовок из титана, включающий размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку, отличающийся тем, что перед размещением частиц титановой губки в камере пресса их нагревают в вакуумной нагревательной печи до температуры 700-800°C, легируют водородом до концентрации 0,1-0,9 мас.%, после чего снижают температуру в печи до температуры не ниже 300°C, компактирование ведут при температуре 300-700°С, прессование компактных заготовок осуществляют полунепрерывным методом через матрицу при температуре не выше 700°C с коэффициентом вытяжки не более двух, а затем при температуре не выше 700°C и коэффициенте вытяжки не менее трех, при этом прокатку заготовок проводят при температуре не выше 700°С, после которой осуществляют отжиг в вакууме при температуре не ниже 700°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления тонких листов из псевдо-альфа титановых сплавов. Способ изготовления тонких листов из псевдо-альфа титановых сплавов включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многопроходную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет и его прокатку и адъюстажные операции.
Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано при изготовлении поковок дисков горячим деформированием слитков из сплава на основе алюминида титана, основанного на орторомбической фазе Ti2NbAl.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе гамма-алюминида титана и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к способу изготовления сварных изделий, преимущественно сварных каркасов искусственных клапанов сердца ИКС. Способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана включает сборку и сварку деформированной волочением проволоки и пластины и термическую обработку.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении термомеханической детали турбомашины из бета- или альфа/бета-титанового сплава.

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.

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 жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе гамма-алюминида титана и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения сплавов на основе титана, плавка и разливка которых проводится в вакуумных дуговых гарнисажных печах.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 550°C длительно и при 600°C кратковременно.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения.

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 порошковой металлургии, в частности к получению многослойных композитов на основе системы Nb-Al. Может использоваться для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.
Наверх