Способ изготовления деталей из титановых сплавов


 


Владельцы патента RU 2613003:

Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки ответственных силовых деталей. Изобретение позволяет улучшить прочностные характеристики деталей из титанового сплава ВТ8. Изготавливают силовые элементы из титанового сплава ВТ8. Далее последовательно проводят в три этапа термическую обработку. Первую проводят при температуре от 600° до 650°C, при которой происходит выделение силицидов титана из пересыщенных твердых растворов α- и β-фаз. Вторую проводят при температуре от 850°C, которая характеризуется превращением фазового состава из α- в β-. Третью проводят при температуре от 950° до 1100°C. При температуре 1100°C фазовый состав сплава представлен только β-фазой.

 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентируемой структурой, и может быть использовано для оптимизации технологической формовки изделий сложной формы.

Задача получения определенного распределения структуры материала по объему изделия решается обычно на основании большого практического опыта и результатов специально проводимых экспериментов. Одним из успешно применяемых путей стабильного получения заданной структуры материала в изделиях массового производства является использование эффекта сверхпластичности.

Титановые сплавы, обладающие высокой удельной конструкционной прочностью и коррозионной стойкостью, используются для изготовления широкой номенклатуры изделий, а технологический процесс, основанный на эффекте сверхпластичности, позволяет существенно расширить область применения новых титановых сплавов.

Титановые сплавы классифицируются по различным признакам. Наиболее распространена классификация по фазовому составу [Металлография титановых сплавов / Под. ред. С.Г. Глазунова, Б.А. Колачева. - М.: Металлургия, 1980; Б.К. Вульф. Термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1969]. Она наиболее подходит для анализа реологических свойств сплавов и включает:

1) α-сплавы, структура которых представлена α-фазой;

2) псевдо - α-сплавы, структура которых представлена α-фазой и небольшим количеством β-фазы или интерметаллидов (не более 5%);

3) (α+β)-сплавы, структура которых представлена α- и β-фазами. Сплавы этого типа могут содержать небольшое количество интерметаллидов (до 1%);

4) псевдо - β-сплавы со структурой, представленной одной β-фазой после закалки или нормализации из β-области. Структура этих сплавов в отожженном состоянии представлена α-фазой и большим количеством β-фазы;

5) β-сплавы, структура которых представлена термодинамически стабильной β-фазой;

6) сплавы на основе интерметаллидов.

Сплавы α-класса (ВТ1, ВТ1-0, ВТ5 и др.) легируют алюминием и нейтральными упрочнителями (олово и цирконий). Сплавы этого класса по сравнению с титаном отличаются повышенной прочностью и жаропрочностью, высокой термической стабильностью, малой склонностью к хладоломкости, хорошей свариваемостью. Хорошая свариваемость α-сплавов обусловлена их однофазной структурой даже при значительном содержании алюминия, в связи с чем металл шва и околошовной зоны не охрупчивается. Титановые α-сплавы термически не упрочняются - единственный вид термоочистки - полный отжиг (для достаточного снятия нагартовки) или неполный (для снятия остаточных напряжений).

Псевдо α-сплавы (ОТ4, ОТ4-1, ОТ4В и др.) содержат небольшие количества алюминия и малые концентрации β-стабилизаторов, что позволяет сохранить при обработке давлением высокую технологичность. Эти сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки. Псевдо - α-сплавы термически не упрочняются, их применяют в отожженном состоянии.

Сплавы (α+β)-класса (ВТ6, ВТ6С, ВТ8, ВТ14, ВТ23 и др.) обладают широким диапазоном свойств, так как они включают в себя материалы, содержащие в отожженном состоянии примерно от 5 до 60% β-фазы. Большие возможности регулирования свойств этих сплавов определяются не только растворным упрочнением α- и β-фаз, но и их способностью к термическому упрочнению путем закалки и старения. Механические свойства сплавов (α+β)-класса очень чувствительны к типу и параметрам микроструктуры. Для обеспечения высокого уровня пластичности и сопротивления циклическим нагрузкам необходимо стремиться к равноосной мелкозернистой структуре.

Псевдо - β-титановые сплавы (ВТ35, ВТ19, ВТ32 и др.) относятся к высоколегированным сплавам, в которых суммарное содержание легирующих элементов доходит до 25% и более. К преимуществам этих сплавов относят:

1) высокую технологичность в закаленном состоянии, что позволяет осуществлять некоторые операции обработки давлением даже при комнатной температуре;

2) большой эффект термического упрочнения, что связано с высокой степенью пересыщения закаленной - фазы легирующими элементами (Mo, Cr, Zr, V);

3) высокую глубину прокаливаемости;

4) высокую вязкость разрушения при значительных прочностных характеристиках;

5) высокое сопротивление усталости.

Известны способы изготовления крупногабаритных штамповок из титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22, ВТ23 и др.) методом сверхпластической деформации (АС СССР 1577378, C22F 1/04, 1988; АС СССР 1759583, В23К 20/14, 1990; патент Великобритании №1301987, 1978).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту США №3920175, 1977, которое было принято авторами за ближайший аналог.

Недостатком данного способа является то, что при использовании титановых заготовок из сплава ВТ8 (лопатки, диски, рабочие колеса компрессоров и т.д.) применяемая технология не позволяет добиться необходимой прочности готовых изделий (ударная вязкость, трещиностойкость, неоднородность). Это связано с тем, что пластины одной α-колонии деформируются идентично, а динамическая полигонизация и динамическая рекристаллизация в β-фазе при температурах (α+β)-области происходят легче, чем в α-фазе при тех же условиях.

Технической задачей является улучшение механических свойств титановых заготовок из сплава ВТ8 (лопатки, диски, рабочие колеса компрессоров) за счет улучшения морфологии и реологических характеристик исходного материала.

Способ осуществляется методом сверхпластической деформации, включающий газовую формовку деталей из высокопрочного титанового сплава ВТ8 при температурах от 870° до 1000°С.

Далее проводят последовательно, в три этапа, термическую обработку. Первая (низкотемпературная) проводится при температуре от 600° до 650°C, при которой происходит выделение силицидов титана из пересыщенных твердых растворов α- и β-фаз.

Вторая - происходит при температуре от 850°C, которая характеризуется превращением фазового состава из α- в β-.

Третий - происходит при температуре 950°…1100°C. При температуре 1100°C фазовый состав сплава представлен только β-фазой.

Таким образом, из-за того что чувствительность титановых сплавов к типу и параметрам структуры позволяет на одном сплаве получать различное сочетание прочностных, пластических и служебных свойств других сплавов, т.е. применяя трехступенчатую термическую обработку сплава ВТ8, можно заменять высоколегированные сплавы псевдо - β-класса (ВТ19, ВТ32, ВТ35 и др.), которые необычайно дороги в производстве, термически нестабильны из-за высокой плотности, имеют большой разброс механических свойств.

Способ изготовления деталей из титановых сплавов методом сверхпластической деформации, включающий газовую формовку деталей при температурах от 870° до 1000°С, отличающийся тем, что после газовой формовки детали подвергают термической обработке при температуре от 600° до 650°С до выделения силицидов титана из перенасыщенных твердых растворов α- и β-фаз, с последующей термообработкой при температуре более 850°С до превращения фазового состава α- в β-фазу с переходом в третий этап термической обработки при температуре от 950° до 1100°С до обеспечения β-фазы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления стержневых деталей с головками из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационно-космической технике, а также химическом машиностроении, судостроении и автомобилестроении.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении изделий из жаропрочных никелевых сплавов, применяемых в авиационной промышленности и в энергетическом машиностроении.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки железоникелевого сплава. Заявлен способ обработки инварного сплава на основе системы железо-никель.

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке сплавов с памятью формы, и может быть использовано в медицине и технике. Способ обработки сплавов титан-никель с содержанием никеля 49-51 ат.% с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, термомеханическое наведение эффекта памяти формы, разгружение и нагрев для восстановления формы.

Изобретение относится к обработке ванадиевых сплавов, легированных элементами IVB группы, содержащих элементы замещения Cr, W и элементы внедрения С, О, N в количестве не менее 0,04 мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано для получения высокопрочных наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22.

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.

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 приводному валу, в частности к приводному валу для транспортных средств, изготовленному посредством гидроформовки. Гидроформованная труба (200) приводного вала содержит первую концевую часть (202), вторую концевую часть (214), среднюю часть (208), по меньшей мере частично представляющую собой образованную дугой окружности поверхность вращения и по меньшей мере участок средней части, диаметр которого больше диаметра первой и второй концевых частей (202, 214), первый переходный участок (204), первое сужение (206), второе сужение (210) и второй переходный участок (212).
Изобретение может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки при изготовлении ответственных силовых деталей, в частности шпангоутов, силовых нервюр, балок шассийных и т.д.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых, например, авиационных вентиляторных лопаток. На поверхность участков, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят антиадгезионное покрытие.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сверхпластической формовки изделий сложной формы, в частности лопаток компрессора. Изготавливают лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования.

Изобретение может быть использовано для получения металлических панелей из титановых сплавов. Изготавливают заготовки заполнителя из двух листов титанового сплава ВТ6 толщиной 1 мм с продольной формой прокатки.

Способ может быть использован при изготовлении титановых конструкций методом сварки трением с перемешиванием. Соединяют сваркой титановые листы (802, 804) с образованием заготовки, имеющей несколько литых зон швов (918).

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к тем его отраслям, где осуществляется производство турбин, и может быть использовано при изготовлении компрессорных и турбинных лопаток газотурбинных двигателей, лопаток турбокомпрессорных агрегатов жидкостных реактивных двигателей и различных паровых турбин.
Изобретение может быть использовано для изготовления методом сверхпластической деформации ответственных силовых деталей из титанового сплава ВТ6, в частности шпангоутов, люков, обтекателей. Предварительно проводят электролитическую модификацию сплава никелем. Нагревают сплав до температуры 926°C, а газовую формовку осуществляют при температуре 815°C и скорости деформации 2⋅10-3 с-1 до достижения равного соотношения α- и β-фаз микроструктуры сплава. Способ обеспечивает улучшение механических свойств готовых изделий за счет улучшения морфологии и реологических характеристик исходного материала.
Наверх