Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов. После старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т32…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов. Обеспечивается повышение прочности и ударной вязкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Настоящее изобретение относится к областям металлургии сплавов на основе титана и машиностроения, а именно описывает способы термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Данное изобретение может быть использовано для повышения комплекса механических свойств высоколегированных псевдо-β титановых сплавов.

Сплавы на основе титана являются одним из важнейших конструкционных материалов и с каждым годом расширяются области их использования. Ответственные сферы применения этих (аэрокосмическая техника, судостроение и т.д.) сплавов требуют улучшения механических и эксплуатационных свойств за счет оптимизации их фазового и структурного состояния методами термического и термомеханического воздействия.

В настоящее время известен способ термической обработки крупногабаритных изделий из титановых сплавов Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr [1] и Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-Zr [2], который заключается в нагреве до температуры (Тβ-(30…70))°C, выдержке при этой температуре в течение 2…5 ч, последующем охлаждении на воздухе или в воде и старении при температуре 540…600°C в течение 8…16 ч. Недостатком данном способа является недостаточный уровень прочности и энергоемкости разрушения, по сравнению с другими техническими решениями.

Также известен способ термической обработки псевдо-β-титановых сплавов BASCA (англ. «Beta Annealing, Slow Cooling, Aging») [4, 5], включающий охлаждение со скоростью менее 3°C/мин из однофазной β-области до температуры ниже 370°C и последующее старение при температуре 370…600°C в течение 1…12 часов. Указанное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному техническому решению, принято в качестве прототипа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение уровня прочности и энергоемкости разрушения высоколегированного псевдо-β сплава, содержащего 4,0…6,3 мас.% алюминия, 4,5…5,9 мас.% ванадия, 4,5…5,9 мас.% молибдена, 2,0…3,6 мас.% хрома, 0…5 мас.% циркония, 0…6 мас.% олова, 0…0,5 мас.% кремния, титан и неизбежные примеси - остальное.

Для решения указанной технической задачи предложен способ термической обработки крупногабаритных изделий и полуфабрикатов:

1. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего 4,0…6,3 мас.% алюминия, 4,5…5,9 мас.% ванадия, 4,5…5,9 мас.% молибдена, 2,0…3,6 мас.% хрома, 0…5 мас.% циркония, 0…6 мас.% олова, 0…0,5 мас.% кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включающий охлаждение со скоростью V1<3°C/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°C и последующее старение при температуре Т2=370…600°C в течение 1…12 часов, отличающийся тем, что после старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т32…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов, где V1 - скорость первого охлаждения, V1 - скорость второго охлаждения, T1 - температура окончания замедленного охлаждения, Т2 - температурный интервал старения, Т3 - температурный интервал высокотемпературного отжига, Тβ - температура полного полиморфного превращения.

2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что обработку в интервале температур Т32…Тβ проводят в две стадии, при температурах Т5 и Т6, причем температуру Т5 выбирают из диапазона 750…770°C, а температуру назначают из соотношения Т65+10…20°C, где Т5 - температура первой стадии высокотемпературного отжига, Т6 - температура второй стадии высокотемпературного отжига.

Пример.

Это техническое решение подтверждено исследованиями сплава VST5553, содержащего 4,98 мас.% Al, 5,41 мас.% Мо, 5,45 мас.% V, 2,94 мас.% Cr, титан и примеси - остальное. Температура полного полиморфного превращения Тβ исследуемой плавки сплава, определенная методом пробных закалок, составляла 848°C.

Обрабатываемый образец сплава нагревался в термической печи в однофазную β-область и выдерживался при температуре нагрева в течение 1 ч для полного перехода структуры в однофазное состояние. После изотермической выдержки в однофазной области образец охлаждался с печью до комнатной температуры, после чего нагревался до температуры Т2=600°C и выдерживался при данной температуре в течение 6 ч. После выдержки образец нагревался до температуры Т5β-90°C=770°C и выдерживался при этой температуре в течение 3 ч с последующим нагревом до температуры Т65+20°C=790°C и выдержкой в течение 3 ч. После выдержки при температуре Тб исследуемый образец охлаждался на воздухе до температуры Т2=600°C и осуществлялось его старение в течение 6 ч с последующим неконтролируемым охлаждением на воздухе.

После проведения термической обработки по описанному режиму проводилось механическое удаление газонасыщенного слоя толщиной 2,5…3,5 мм, подготовка образцов для механических испытаний на ударный изгиб (с U-образным надрезом) и испытаний на замедленное разрушение (образец с V-образным надрезом, скорость деформации в режиме 3-точечного изгиба 1…1,5 мм/мин).

Технический результат: заметное повышение энергоемкости разрушения (ударной вязкости) KCU и пластичности сплава γ, а также некоторое возрастание уровня прочности σ при испытаниях на замедленное разрушение в режиме 3-точечного изгиба (фиг. 1, табл. 1).

Источники информации:

1. Тетюхин В.В., Захаров Ю.И., Левин И.В. Сплав на основе титана и способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из этого сплав. Патент РФ №2169782, 2000.

2. Тетюхин В.В., Захаров Ю.И., Левин И.В. Сплав на основе титана и способ термической обработки крупногабаритных полуфабрикатов из этого сплав. Патент РФ №2169204, 2000.

3. Briggs R.D. Tough, high-strength titanium alloys; methods of heat treating titanium alloys. Патент США №7785429, 2010.

4. Briggs R.D. Tough, high-strength titanium alloys; methods of heat treating titanium alloys. Патент США №8262819, 2012.

1. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего 4,0…6,3 мас.% алюминия, 4,5…5,9 мас.% ванадия, 4,5…5,9 мас.% молибдена, 2,0…3,6 мас.% хрома, 0…5 мас.% циркония, 0…6 мас.% олова, 0…0,5 мас.% кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включающий охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов, отличающийся тем, что после старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т32…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов, где V1 - скорость первого охлаждения, V2 - скорость второго охлаждения, T1 - температура окончания замедленного охлаждения, Т2 - температурный интервал старения, Т3 - температурный интервал высокотемпературного отжига, Тβ - температура полного полиморфного превращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку в интервале температур Т32…Тβ проводят в две стадии, при температурах Т5 и Т6, причем температуру Т5 выбирают из диапазона 750…770°С, а температуру Т6 назначают из соотношения Т65+10…20°С, где Т5 - температура первой стадии высокотемпературного отжига, Т6 - температура второй стадии высокотемпературного отжига.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления тонких листов из двухфазного титанового сплава с микрокристаллической структурой, которая, в частности, пригодна для сверхпластической деформации при нагреве.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной химико-термической обработке деталей. Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов включает предварительную подготовку изделий путем их отжига и механической обработки и альфирование изделий.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при изготовления осесимметричных деталей типа дисков из труднодеформируемых жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения интенсивной пластической деформации (ИПД) заготовки. Способ включает осадку и последующее кручение заготовки с обеспечением деформации сдвига.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к трубному производству, а именно к холодной прокатке труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана. Способ изготовления холоднодеформированных труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана включает выплавку слитка, ковку слитка в β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с уковом от 2 до 3, прошивку осуществляют при температуре на 30-50°C выше Тпп, многоконусными валками и оправкой с заданной геометрией с подачей воды в зону деформации, раскатку заготовки производят при температуре на 10-90°C ниже Тпп, правку трубной заготовки - при температуре 350-400°C, холодную прокатку производят с коэффициентом вытяжки 1,5-4,5 за несколько этапов, чередуя с проведением промежуточных отжигов при температуре, равной 600-750°C, и последующую термообработку на готовом размере при температуре 580÷650°C.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала. Способ получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала включает литье технически чистого титанового материала, содержащего не более чем 0,05 мас.% N, не более чем 0,08 мас.% С, не более чем 0,015 мас.% Н, не более чем 0,50 мас.% Fe, не более чем 0,40 мас.% О и не более чем 0,40 мас.% остальных, доводят литой материал до температуры на уровне или ниже 0°С и проводят пластическую деформацию при этой температуре в такой степени, что в материале образуются нанодвойники.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для обратимого поглощения водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемым для абсорбции и десорбции водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству слитков жаропрочных сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас.%: вольфрам 28-32, алюминий 28-32, титан остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановому сплаву с высокой коррозионной стойкостью. Титановый сплав содержит, в мас.%: металл платиновой группы 0,01-0,15, редкоземельный металл 0,001-0,10 и Ti и примеси - остальное.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Готовят смесь, содержащую не более 65 мас.% порошка, полученного методом плазменного распыления титанового сплава ВТ-22, не менее 30 мас.% смеси технических порошков титана ПТМ и никеля ПНК, взятых в соотношении 1:1, и 3-5 мас.% полученного электролизом порошка меди ПМС-1 фракции менее 50 мкм.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов, используемым в судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов. Предварительно производят механическую активацию порошка алюминия в количестве 25 мас.% и порошка титана в количестве 75 мас.%. Полученную смесь уплотняют, осуществляют ее нагрев высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200-1400°C и последующую выдержку. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с однородным распределением структурных составляющих. 1пр.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°Смин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2370…600°С в течение 1…12 часов. После старения дополнительно осуществляют нагрев и обработку сплава в интервале температур Т3Т2…Тβ в течение 1…12 часов, охлаждение со скоростью V2>V1 до температуры Т4, которая не выше температуры Т2, и последующее повторное старение в интервале температур Т2 в течение 1…12 часов. Обеспечивается повышение прочности и ударной вязкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх