Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β) титановых сплавов


 


Владельцы патента RU 2603416:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов включает горячую штамповку в два или более переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку при 800-840°C со скоростью охлаждения 7-20°С/c, со степенью деформации 3-10% и старение. Старение проводят в две ступени: на первой при температуре до 400°C, а на второй - при температуре до 600°C. Повышаются характеристики ударной вязкости, удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе и предела выносливости. Повышается ресурс и надежность деталей. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике.

Известен способ изготовления полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, включающий проведение горячей штамповки в два или несколько переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку со степенью деформации 3-10%, совмещенную с высокотемпературной ступенью отжига (920-950°С), и последующее старение (Легирование и термическая обработка титановых сплавов. Сб. статей под ред. А.Г. Туманова. ОНТИ, 1977, с. 230).

Однако после такой обработки предел выносливости (σ-1), ударная вязкость (ан) и удельная работа разрушения образца с трещиной при ударном изгибе (ату) не достигают требуемого уровня (σ-1≥46 кгс/мм2, ан≥5,2 кгм/см2, ату≥3,8 кгм/см2).

К недостаткам известного способа также относится высокая энергоемкость процесса.

Достаточно заметно повысить вышеуказанные характеристики позволяет способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, включающий горячую штамповку в два или несколько переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку при температуре отжига с деформацией 3-10% и старение, калибровку проводят при температуре отжига 800-840°С, а охлаждение после калибровки проводят со скоростью 7-20 °С/c (а.с. №1061508, МПК C22F 1/18, опубл. 10.08.2015).

Однако при таком способе термомеханической обработки повышение характеристик выносливости, ударной вязкости и удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе до необходимого уровня свойств наблюдается лишь в единичных случаях, что неприемлемо при использовании сплавов в авиационной технике.

Технической задачей и техническим результатом заявленного способа является повышение ударной вязкости, удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе, а также предела выносливости, что обеспечит повышение ресурса и надежности деталей и узлов летательных аппаратов.

Технический результат достигается путем осуществления термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, включающей горячую штамповку в два или несколько переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку при 800-840°С со скоростью охлаждения 7-20°С/с, со степенью деформации 3-10% и старение, причем первое старение проводят при температуре до 400°С, а второе при температуре до 600°С.

Выбор указанных температурно-скоростных интервалов термомеханической обработки обусловлен тем, что при нагреве сплава с повышением температуры возрастает содержание β-фазы и уменьшается концентрация β-стабилизирующих элементов в ней. В связи с обеднением β-фазы легирующими элементами при соответствующих температурах она становится нестабильной и при охлаждении превращается в нестабильные фазы.

После нагрева при температурах 800-840°С достигается достаточно большое количество β-фазы (25-48% в зависимости от сплава) оптимального состава, которое обеспечивает максимальное количество α″-фазы. Охлаждение в указанном скоростном интервале 7-20°С/с обеспечивает частичный распад β-метастабильной фазы, что позволяет повысить характеристики ударной вязкости и удельной работы разрушения образцов с трещиной.

При более низкой температуре порядка 780°С получается стабильная β-фаза, которая не распадается при низких температурах, что приводит к снижению механических свойств сплава.

При температурах выше 840°С наблюдается увеличение количества β-фазы до 30-70% в зависимости от сплава, но из-за того, что содержание в ней легирующих элементов становится меньше критического, охлаждение не позволяет зафиксировать β-фазу при комнатной температуре и не обеспечивается получение оптимального содержания α″-фазы, что также приводит к снижению механических свойств сплава.

Выбор данного скоростного интервала объясняется тем, что в зависимости от скорости охлаждения титановых сплавов в структуре фиксируется различное содержание фаз. Охлаждение со скоростями, выходящими за верхний и нижний пределы скоростей (7-20°С/c), не обеспечивает получение при комнатной температуре оптимального фазового состава, который при последующем старении распадается с образованием продуктов распада определенных размеров. Охлаждение со скоростями ниже 7°С/c выше 20°С/с не обеспечивает высокие значения ударной вязкости и удельной работы разрушения образцов с трещиной.

Введение двухступенчатого режима старения взамен одинарного, как в прототипе, и проведение первого старения при температуре до 400°С, а второго при температуре до 600°С обеспечивает формирование значительно более равномерной и тонкой дисперсной структуры, что способствует повышению характеристик выносливости, ударной вязкости и удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе. Формирование значительно более равномерной и тонкой дисперсной структуры достигается тем, что при первом старении при температуре до 400°С образуются равномерно распределенные, малые выделения ω- или β′-фазы, служащие зародышами при выделении α-фазы на второй ступени старения при температуре до 600°С.

По описанной технологии была изготовлена партия полуфабрикатов типа штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава ВТ33. Полуфабрикаты изготавливали из катаного прутка штамповкой на молотах за два перехода.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: горячая штамповка в два или несколько переходов (два - четыре) со степенью деформации 60% за каждый переход, калибровка при температуре отжига 820°С с деформацией 4%, охлаждение после калибровки проводят со скоростью 10°С/с и старение в двухступенчатом режиме (первая ступень 300°С, вторая ступень 530°С).

Пример 2

Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: горячая штамповка в два или несколько переходов (два - шесть) со степенью деформации 50% за каждый переход, калибровка при температуре отжига 800°С с деформацией 7%, охлаждение после калибровки проводят со скоростью 15°С/c и старение в двухступенчатом режиме (первая ступень 300°С, вторая ступень 550°С).

Пример 3

Термомеханическую обработку проводят по следующему способу: горячая штамповка в два или несколько переходов (два - пять) со степенью деформации 40% за каждый переход, калибровка при температуре отжига 840°С с деформацией 10%, охлаждение после калибровки проводят со скоростью 20°С/c и старение в двухступенчатом режиме (первая ступень 300°С, вторая ступень 510°С).

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики механических свойств и предела выносливости после обработки по способу-прототипу и предложенному способу (примеры 1-3).

Как видно из таблицы 1, описанный способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов позволяет повысить характеристики работоспособности: ударную вязкость на 15-38,3%, удельную работу разрушения образца с трещиной при ударном изгибе на 11,6-27,9%, а также предел выносливости на 9,2-20,4% по сравнению со способом-обработкой по прототипу.

Стойкость штампового инструмента увеличивается в 1,6 раз за счет снижения температуры нагрева под штамповку и калибровку на 100°С.

Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, включающий горячую штамповку в два или несколько переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку при 800-840°C со скоростью охлаждения 7-20°С/c со степенью деформации 3-10% и старение, отличающийся тем, что первое старение осуществляют в две ступени, причем на первой ступени старение проводят при температуре до 400°C, а на второй - при температуре до 600°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления листов методом холодной прокатки из псевдо-альфа титановых сплавов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокотемпературной термомеханической обработке полуфабрикатов из титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике.
Изобретение относится к термоводородной обработке полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов для медицинских имплантатов. Способ включает термодиффузионное насыщение водородом и вакуумный отжиг.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для интенсивной пластической деформации кручением. Для измельчения микроструктуры металлов и повышения их микротвердости, прочности и пластичности способ включает сжатие и последующее кручение заготовки с получением деформации сдвига, при этом деформацию заготовки проводят на бойках Бриджмена с приложением удельного давления 3-6 ГПа и последующим вращением подвижного бойка относительно своей оси со скоростью 0,2-1,5 об/мин, а в процессе вращения бойка осуществляют плавное изменение температуры заготовки, но не выше 0,4Тпл металла или сплава, а также изменение температуры в зависимости от режимов деформации.

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

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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению ультрамелкозернистых титановых заготовок, и может быть использовано в медицине при изготовлении имплантатов.

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, в частности к получению ультрамелкозернистых титановых заготовок, и может быть использовано в медицине при изготовлении имплантатов.

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. .
Наверх