Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению ультрамелкозернистых титановых заготовок, и может быть использовано в медицине при изготовлении имплантатов. Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок включает термомеханическую обработку и интенсивную пластическую деформацию. Термомеханическую обработку проводят при температуре полиморфного превращения минус 100-200°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5. Интенсивную пластическую деформацию проводят путем формообразования заготовки в каналах не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации от 0,4 до 2, распределенной по длине заготовки в зависимости от ее сечения. Увеличиваются механические характеристики и коэффициент полезного использования металла, а также повышается обрабатываемость резанием. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение может быть использовано в машиностроении, медицине при изготовлении изделий, в том числе имплантатов, методами горячей объемной штамповки, сопровождающейся изменением физико-механических свойств титана.

Известны способы обработки титановых сплавов с целью повышения их прочностных характеристик и улучшения физико-механических свойств («Титановые сплавы в машиностроении» под ред. Копырина Г.И., Ленинград: Машиностроение, 1977, 248 с.).

Известны также способы обработки титановых сплавов для медицины с целью повышения их свойств, в частности для получения ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, обеспечивающей улучшение физико-механических характеристик. Эти способы могут сочетать в себе интенсивную пластическую деформацию (ИПД) и термомеханическую обработку (ТМО) («Объемные наноструктурные металлические материалы», Москва: Академкнига, 2007, 397 с.).

Известен способ получения УМЗ структуры технически чистого титана путем многократной всесторонней ковки плоскими бойками при температурах 400-700°C. («Формирование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией». Жеребцов С.В., Галеев P.M., Малышев С.П., Салищев Г.В., Мышляев М.М. Кузнечно-штамповочное производство, №7, 1999, с. 17-22).

Известен способ комбинированной ИПД заготовок, включающей деформацию кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование (РКУП) (патент РФ №2175685, МПК C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 10.11.01].

Как видно из обзора, все известные способы получения УМЗ структуры титана включают поэтапное проведение технологических операций, значительно разделенных во времени, и последующее изготовление изделий из заготовок.

Наиболее близким к предложенному способу получения титановых заготовок с УМЗ структурой является способ, включающий ИПД заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 500-250°C и термомеханическую обработку, включающую отжиг и деформацию, которые проводятся перед ИПД, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 4,5, причем отжиг осуществляют при температуре не выше температуры полиморфного превращения минус 200°C (патент РФ №2285737, МПК C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 20.10.2006). Данный способ позволяет повысить прочностные характеристики и получить УМЗ структуру с равномерным распределением по сечению заготовки.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса получения заготовок с УМЗ структурой, связанная с необходимостью проведения значительного числа проходов, и невысокий коэффициент использования материала.

Задачей изобретения является получение титановых заготовок (полуфабрикатов) с УМЗ структурой с высокими физико-механическими свойствами в условиях промышленного производства с обеспечением высоких технико-экономических показателей.

Поставленная задача достигается способом получения УМЗ титановых заготовок, включающим интенсивную пластическую деформацию с предварительной термомеханической обработкой, в котором в отличие от прототипа термомеханическую обработку проводят при температуре полиморфного превращения минус 100-200°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5, далее проводят интенсивную пластическую деформацию путем формообразования заготовки в каналах, например, в ручьях штампа, не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации от 0,4 до 2, распределенной по длине в зависимости от сечения.

Проведение термомеханической обработки до формообразования позволяет предварительно измельчить структуру и тем самым обеспечить условия для образования однородной УМЗ структуры.

Формирование в заготовке требуемой УМЗ структуры, непосредственно в процессе технологического перехода, является весьма перспективным для снижения стоимости материала и трудоемкости процесса, а также позволяет увеличить коэффициент полезного использования металла.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку из титанового сплава в виде прутка нагревают до температуры полиморфного превращения минус 100-200°C. После этого проводят термомеханическую обработку равномерным растяжением заготовки, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5. Подготовленную таким образом заготовку загибают до требуемых размеров и укладывают в ручей штампа, который предварительно нагревают до 200°C. Далее производят формообразование заготовки в ручьях штампа, не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C, достигая при этом накопленной логарифмической степени деформаций от 0,4 до 2, распределенной по длине в зависимости от сечения. Данный температурный режим обеспечивает наилучшее сочетание механических свойств. Именно при температуре 550-400°C происходит интенсивное образование УМЗ структуры титана (Салищев Г.А. «Металлы» №4, 1996 г., стр. 86). Далее охлаждение до комнатной температуры.

Пример конкретного выполнения

Пруток, например, для получения заготовки бранша кольцеватого хирургического зажимного инструмента из сплава ВТ-1, диаметром 13 мм, длиной 200 мм устанавливали в устройство для электронагрева и производили нагрев до температуры 730°C. Температуру контролировали пирометром М780. Термомеханическую обработку производили равномерным растяжением заготовки до диаметра 10 мм. При этом логарифмическая степень деформации равнялась 0,53. После загиба до требуемых размеров заготовку укладывали в ручей штампа, который предварительно нагревали до 200°C. До начала операции формообразования в штампе температура заготовки не должна была снижаться ниже 700-710°C. Далее производили формообразование в три этапа таким образом, чтобы температура снижалась ступенчато, например, 700-550-350°C. Температура контролировалась после каждого удара в штампе. В виду того, что сечение бранша зажима по длине неравномерное, логарифмическая степень деформации равнялась 1,6 - в рабочей, 0,4 - в замковой и 1,9 - в кольцеватой частях бранша соответственно. С целью повышения коэффициента трения заготовки об ручьи штампа после тарировочных переходов, которые проводились для определения цвета заготовки на данный материал по пирометру, ручьи штампа оставались незачищенными.

Проведенные металлографические исследования показали измельчение зерна структуры. Величина зерна структуры на срезе заготовки после формообразования составляла 200-250 нм. Пластичность заготовки контролировалась возможностью раскрытия коробки замка зажима при сборке, а прочностные характеристики - упругостью бранш зажима. Там, где логарифмическая степень деформации ниже (коробчатая часть), пластичность оказалась выше, которая необходима при сборке зажима.

Таким образом, предлагаемый способ промышленного производства заготовок из титановых сплавов обеспечивает получение требуемой УМЗ структуры, позволяющей повысить механические свойства заготовок и улучшить обрабатываемость материала.

Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок, включающий термомеханическую обработку и интенсивную пластическую деформацию, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят при температуре полиморфного превращения минус 100-200°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации не менее 0,5, интенсивную пластическую деформацию проводят путем формообразования заготовки в каналах не менее чем в два этапа со ступенчатым понижением температуры до 350°C с достижением накопленной логарифмической степени деформации от 0,4 до 2, распределенной по длине заготовки в зависимости от ее сечения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к крепежным изделиям, выполненным из альфа/бета титанового сплава. Крепежное изделие, выполненное из альфа/бета титанового сплава, подвергнутого горячей прокатке, обработке на твердый раствор и старению, содержащего, мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термомеханической обработки титана или титанового сплава. Способ включает многоосную ковку с высокой скоростью деформации и регулированием температуры.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения высокопрочных α+β-титановых сплавов, которые могут быть использованы в областях техники, где требуется сочетание высоких показателей прочности и коррозионной стойкости и небольшого веса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению плоского проката из высоколегированного титанового сплава. Способ изготовления плит из высоколегированного титанового сплава Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr включает деформацию слитка в сляб путем ковки при температурах в β- и (α+β)-областях, при окончательном деформировании в (α+β)-области, последовательные прокатки сляба в β- и (α+β)-областях.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления тонких листов из высокопрочного псевдо-альфа-титанового сплава Ti - 6,5Al-2,5Sn-4Zr-1Nb-0,7Mo-0,15Si.

Изобретение относится к способу получения титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титанового сплава включает обработку титанового сплава давлением, включающую пластическое деформирование при температуре в области альфа-бета фаз до эквивалентной пластической деформации с по меньшей мере 25%-ным уменьшением площади поперечного сечения, после чего температура титанового сплава не достигает и не превышает температуры бета-перехода титанового сплава.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, при низкотемпературном формировании исходной формы изделий из материалов с термоупругими мартенситными превращениями.

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.
Изобретение относится к изготовлению трубных изделий из гафния, которые могут быть использованы в качестве оболочек регулирующих стержней в ядерных реакторах с водяным охлаждением.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении прессованных металлических и диэлектрических заготовок, имеющих открытые полости или отверстия.

Изобретение относится к заготовительному производству машиностроительных предприятий и может быть использовано для получения ультрамелкозернистых материалов, заготовок с измельченной однородной равноплотной структурой для дальнейшего изготовления высоконагруженных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления никелевого суперсплава типа INCONEL 718. При изготовлении никелевого суперсплава типа INCONEL 718 последний этап ковки осуществляют при температуре Т ниже, чем температура δ-растворимости, с обеспечением во всех точках М в никелевом суперсплаве локальной степени D деформации, которая не меньше, чем минимальная величина Dm, обеспечивающая рекристаллизацию разорванных зерен в мелкие зерна.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению длинномерных прутков с нанокристаллической структурой для медицинских изделий. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации материала заготовки.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и предназначена для получения равноосной ультрамелкодисперсной структуры при обработке заготовок из малопластичных материалов, в том числе спеченных порошковых заготовок.

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%.

Изобретения относятся к обработке материалов давлением и могут быть использованы, например, при изготовлении оболочек для ядерных реакторов. Устройство для формования содержит формообразующую матрицу (6) и пуансон (9).

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к пластическому структурообразованию металла методом объемной штамповки путем воздействия на заготовку сверхвысокими давлениями с получением интенсивных сдвиговых деформаций, и может быть использовано для получения материалов с принципиально новым уровнем свойств.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления полых поковок и ковочным комплексам для их осуществления. .

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению холоднодеформированных бесшовных труб из титанового сплава Ti-3Al-2,5V. Способ включает производство слитков, ковку слитка в цилиндрическую заготовку за несколько переходов с чередованием деформации в β- и (α+β)-областях. Заготовку механически обрабатывают, прессуют пруток, высверливают, прессуют трубную заготовку, производят правку и механическую обработку поверхности. Трубную заготовку подвергают окислительному отжигу, далее подвергают холодной прокатке путем по меньшей мере двух проходов со степенью деформации 45-60% при осуществлении промежуточных и конечной термообработки. Проводят адъюстажную обработку и ультразвуковой контроль. Трубную заготовку подвергают холодной прокатке путем по меньшей мере трех проходов со степенью деформации 45-75% для получения трубы. Осуществляют конечную термообработку. Полученные трубы подвергают адъюстажной обработке и ультразвуковому контролю. Изготовленные трубы малого диаметра характеризуются высокими механическими свойствами. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх