Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов



Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов
Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов

 


Владельцы патента RU 2613828:

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

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, и может быть использовано в авиастроении и машиностроении. Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, включающий нагрев в β-области, деформацию, охлаждение и циклическую обработку. После нагрева в β-области до температуры на 200-300°С выше температуры полиморфного превращения проводят выдержку в течение 3-6 часов, деформацию проводят со степенью 60-95% в процессе охлаждения до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения. Проводят поэтапную циклическую обработку, при этом сначала осуществляют нагрев полуфабриката до температуры на 100-130°С ниже температуры полиморфного превращения и выдержку при этой температуре в течение 0,2-1,5 часов, проводят деформацию со степенью 20-50% в процессе охлаждения до температуры на 250-350°С ниже температуры полиморфного превращения. На следующем этапе осуществляют нагрев в β-области до температуры на 20-30°С выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 2-3 часов и деформацию со степенью 50-70% в процессе охлаждения до температуры на 200-250°С ниже температуры полиморфного превращения. На последнем этапе осуществляют нагрев в α+β-области до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 0,2-1 часа, деформацию со степенью деформации 10-20% в процессе охлаждения до температуры 150-180°С ниже температуры полиморфного превращения. Затем проводят охлаждение со скоростью 50-70°С/мин на воздухе до комнатной температуры. Повышается прочность и пластичность полуфабрикатов и обеспечивается стабильность прочностных и пластических характеристик. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, и может быть использовано в авиастроении и машиностроении.

Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, заключающийся в нагреве до температуры на 50-100°С ниже температуры полиморфного превращения, деформации со степенью 50-65% при этой температуре, охлаждении в воде со скоростью 1500-2500°С/мин и последующем старении (Бернштейн М.Л. "Термомеханическая обработка металлов и сплавов", т. 2, М., "Металлургия", 1969, с. 1153). Однако после такой обработки механические свойства полуфабриката остаются на низком уровне.

Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, заключающийся в одноэтапном горячем деформировании слитка в сляб, где сразу после достижения в процессе деформации конечной толщины сляба осуществляют быстрое охлаждение на глубину сляба от поверхности от 20 мм до 30 мм со скоростью не менее 50°С/мин, затем проводится горячая продольная прокатка, причем на первой стадии - в α+β-области от температуры нагрева на 20-40°С ниже температуры полиморфного превращения частными обжатиями со степенью деформации от 3% до 5% до суммарной степени деформации 25-30% и с паузами между проходами продолжительностью от 8 с до 12 с, а на второй стадии - в β-области от температуры нагрева, определяемой по формуле: ТН≥(ТПП+(10×МоЭК+80))°С, где ТН - температура нагрева сляба, °С; ТПП - температура полиморфного превращения, °С; МоЭК - молибденовый эквивалент, рассчитываемый по формуле: МоЭК=[Mo]+[V]/1,5+[Cr]⋅1,25+[Fe]⋅2,5+[Ni]/0,8, мас. %, на последующих стадиях прокатку ведут в α+β-области с прерываниями и нагревами в продольных или в поперечных направлениях с суммарной степенью деформации после каждого прерывания до 60% (RU 2492275 C1, C22F 1/18, 10.09.2013).

Однако после обработок по приведенным схемам предел прочности не превышает 1250 МПа (125 кгс/мм2).

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ, включающий нагрев в β-области, выдержку в течение 2-6 ч, деформацию со степенью 60-95% в процессе охлаждения до температуры на 150-250°С ниже температуры полиморфного превращения, а после охлаждения проводят циклическую обработку путем нагрева до температуры на 100-180°С ниже температуры полиморфного превращения, выдержки в течение 0,2-2 ч при этой температуре, деформации со степенью 20-50% в процессе охлаждения до температуры на 200-300°С ниже температуры полиморфного превращения и последующего охлаждения до комнатной температуры. В последнем цикле деформацию проводят со степенью 2-10% в процессе охлаждения до температуры на 150-180°С ниже температуры полиморфного превращения (SU 1110209 A1, C22F 1/18, 10.07.2015).

Однако, как было обнаружено, при таком способе получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов повышение характеристик прочности и пластичности обеспечивается не регулярно, что ведет к невозможности добиться стабильности в получении необходимого уровня требуемых характеристик. Также, исходя из опыта работы с высокопрочными титановыми сплавами, выглядят сомнительными приведенные автором максимальные значения прочности в сочетании с приведенными значениями пластичности полуфабрикатов. По технологии, описанной в прототипе, были получены листы из сплава ВТ23М, свойства не превысили значений σв=1220 МПа, δ=4%.

Техническим результатом заявленного способа является достижение повышенных на 10-15% значений прочности и пластичности полуфабрикатов и обеспечение стабильности достижения требуемого уровня прочности и пластических характеристик.

Технический результат достигается способом получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, включающем нагрев в β-области, деформацию, охлаждение и циклическую обработку, при этом после нагрева в β-области до температуры на 200-300°С выше температуры полиморфного превращения проводят выдержку в течение 3-6 часов, деформацию проводят со степенью 60-95% в процессе охлаждения до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения, после охлаждения проводят поэтапную циклическую обработку, при этом сначала осуществляют нагрев полуфабриката до температуры на 100-130°С ниже температуры полиморфного превращения и выдержку при этой температуре в течение 0,2-1,5 часов, проводят деформацию со степенью 20-50% в процессе охлаждения до температуры на 250-350°С ниже температуры полиморфного превращения, на следующем этапе осуществляют нагрев в β-области до температуры на 20-30°С выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 2-3 часов и деформацию со степенью 50-70% в процессе охлаждения до температуры на 200-250°С ниже температуры полиморфного превращения, а на последнем этапе циклической обработки осуществляют нагрев в α+β-области до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 0,2-1 часа, деформацию со степенью деформации 10-20% в процессе охлаждения до температуры 150-180°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего проводят охлаждение со скоростью 50-70°С/мин на воздухе до комнатной температуры.

Положительный эффект заявленного способа обусловлен тем, что за счет проведения деформации при регламентированных температуре, скорости и степени деформации на начальных этапах происходит усреднение химического состава и улучшение макроструктуры. Дальнейшее циклирование с фазовыми перекристаллизациями приводит к формированию однородной мелкозернистой микроструктуры, конечная стадия цикла формирует регламентированную полигонизованную структуру.

По сравнению с прототипом, деформация в β-области при температуре на 200-300°С выше температуры полиморфного превращения позволяет достигнуть большей равномерности химического состава полуфабриката по сечению и, как результат, большей стабильности свойств полуфабрикатов. Также деформация в данном интервале температур является менее трудоемкой, в сравнении с деформацией по режиму, указанному в прототипе.

Включение в циклическую обработку деформации в β-области при температуре на 20-30°С выше температуры полиморфного превращения позволяет за счет перекристаллизации получить мелкозернистую однородную структуру, чему способствует распад β-фазы на большом числе центров зарождения, возникающих на фоне протекания пластической деформации и интенсивного образования скоплений дефектов кристаллического строения. Этим также обусловлен выбор количества этапов - цикл, включающий три последовательных этапа деформации в α+β→β→α+β областях, обеспечивает наиболее эффективное измельчение микроструктуры, что приводит к высоким показателям прочности и пластичности. При этом важно соблюдать указанные температурные интервалы деформации. Так перегрев в β-области может привезти к значительному огрублению структуры.

Охлаждение до комнатной температуры после циклической обработки со скоростью 50-70°С/мин приводит к достижению оптимальной морфологии α и β фаз, а также сохранению полигонизованной структуры, сформированной на завершающем этапе циклической обработки, что способствует выделению дисперсных частиц α-фазы при распаде метастабильной β-фазы в процессе последующего старения. Получение такой структуры также способствует достижению высоких значений механических свойств. Невыполнение требований по скорости охлаждения приведет к потере стабильности достижения результата.

Предложенный способ был опробован при получении листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, с температурой полиморфного превращения 920°С, ВТ23М и ВТ43. Также была опробована технология получения листовых полуфабрикатов по прототипу.

Примеры осуществления изобретения.

Способ прототип

Листовые полуфабрикаты из двухфазного титанового сплава ВТ23М согласно прототипу получают по следующему способу: после нагрева до температуры β-области, равной 1170°С, и выдержки в течение 6 часов проводили деформацию со степенью 95% при охлаждении до 670°С, проводилось 6 циклов циклической обработки, включающей нагрев до 740°С, выдержку в течение 2 часов, деформацию 50% при охлаждении до 620°С, завершающим этапом являлся нагрев до температуры 790°С, выдержка в течение 1 часа и деформация со степенью 10% при охлаждении до 740°С. Листы, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: σв=1220 МПа, δ=4%.

Пример 1

Листовые полуфабрикаты из двухфазного титанового сплава ВТ23М получают по следующему способу: после нагрева до температуры β-области, равной 1120°С, и выдержки в течение 3 часов проводили деформацию со степенью 60% в процессе охлаждения до температуры 620°С, проводился 1 цикл поэтапной циклической обработки, включающий нагрев до температуры 790°С, выдержку в течение 0,2 часов с последующей деформацией со степенью 20% в процессе охлаждения до 570°С, далее нагрев в β-области до температуры 940°С, выдержку в течение 2 часов с последующей деформацией со степенью 50% в процессе охлаждения до температуры 670°С, завершающим этапом являлась деформация со степенью 10% в α+β-области при температуре 740°С и охлаждение до комнатной температуры со скоростью 50°С/мин. Листы, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: σB=1250 МПа, δ=13%.

Пример 2

Листовые полуфабрикаты из двухфазного титанового сплава ВТ43 получают по следующему способу: после нагрева до температуры β-области, равной 1220°С, и выдержки в течение 6 часов проводили деформацию со степенью 95% в процессе охлаждения до температуры 770°С, проводился 1 цикл поэтапной циклической обработки, включающий нагрев до температуры 820°С, выдержку в течение 1,5 часов с последующей деформацией со степенью 50% в процессе охлаждения до 670°С, далее нагрев в β-области до температуры 950°С, выдержку в течение 3 часов с последующей деформацией со степенью 70% в процессе охлаждения до температуры 720°С, завершающим этапом являлась деформация со степенью 20% в α+β-области при температуре 770°С и охлаждение до комнатной температуры со скоростью 70°С/мин. Листы, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: σB=1387 МПа, δ=10%.

Пример 3

Листовые полуфабрикаты из двухфазного титанового сплава ВТ23М получают по следующему способу: после нагрева до температуры β-области, равной 1220°С, и выдержки в течение 6 часов проводили деформацию со степенью 95% в процессе охлаждения до температуры 770°С, проводилось 3 цикла поэтапной циклической обработки, включающие нагрев до температуры 820°С, выдержку в течение 1,5 часов с последующей деформацией со степенью 50% в процессе охлаждения до 670°С, далее нагрев в β-области до температуры 950°С, выдержку в течение 3 часов с последующей деформацией со степенью 70% в процессе охлаждения до температуры 720°С, завершающим этапом являлась деформация со степенью 20% в α+β-области при температуре 770°С и охлаждение до комнатной температуры со скоростью 70°С/мин. Листы, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: σв=1360 МПа, δ=12%.

В таблице 1 приведены значения предела прочности (σВ, МПа) и пластичности (δ, %), полученные на листовых полуфабрикатах из сплава ВТ23М.

Как видно из таблицы, после обработки по предложенному способу предел прочности возрастает на 10,5-13%, а предел пластичности на 75-175% по сравнению с обработкой по прототипу.

Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, включающий нагрев в β-области, деформацию, охлаждение и циклическую обработку, отличающийся тем, что после нагрева в β-области до температуры на 200-300°С выше температуры полиморфного превращения проводят выдержку в течение 3-6 часов, деформацию проводят со степенью 60-95% в процессе охлаждения до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения, после охлаждения проводят поэтапную циклическую обработку, при этом сначала осуществляют нагрев полуфабриката до температуры на 100-130°С ниже температуры полиморфного превращения и выдержку при этой температуре в течение 0,2-1,5 часов, проводят деформацию со степенью 20-50% в процессе охлаждения до температуры на 250-350°С ниже температуры полиморфного превращения, на следующем этапе осуществляют нагрев в β-области до температуры на 20-30°С выше температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 2-3 часов и деформацию со степенью 50-70% в процессе охлаждения до температуры на 200-250°С ниже температуры полиморфного превращения, а на последнем этапе циклической обработки осуществляют нагрев в α+β-области до температуры на 150-200°С ниже температуры полиморфного превращения, выдержку при этой температуре в течение 0,2-1 часа, деформацию со степенью деформации 10-20% в процессе охлаждения до температуры 150-180°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего проводят охлаждение со скоростью 50-70°С/мин на воздухе до комнатной температуры.



 

Похожие патенты:

Способ изготовления сварных титановых труб может быть использован в области машиностроения и предназначен для повышения прочности и циклической долговечности сварных титановых труб за счет оптимального выбора термомеханических параметров обработки трубных заготовок.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки ответственных силовых деталей.

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, а именно к горячей обработке давлением сплавов на основе интерметаллида титана, и может использоваться при изготовлении деталей газотурбинных двигателей. Способ получения деформированных полуфабрикатов из гамма-сплава Ti-43Al-3Nb-2W-0,5Si включает нагрев и двухэтапное прессование литой заготовки в металлической оболочке. Литую заготовку покрывают теплоизоляционным покрытием из стекловолокна и/или каолинового волокна с температурой размягчения ≥1150°С и помещают в оболочку из титанового сплава с толщиной δ, определяемой по выражению δ=(0,02-0,05)×∅, где ∅ - диаметр заготовки в мм. Затем заготовку нагревают и подвергают подпрессовке при температурах 1250-1380°С со степенью деформации 25-40%, скоростью деформации 50-60 мм/с, а затем окончательному прессованию со степенью деформации 96-98% с последующим охлаждением прессованных полуфабрикатов до комнатной температуры. Получают однородную структуру заготовки, которая обеспечивает высокие значения предела прочности и относительного удлинения при комнатной температуре, жаропрочности при температурах до 800°C. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления штамповок лопаток ГТД из титановых сплавов. Способ изготовления штамповок лопаток из титановых сплавов включает выдавливание заготовки в изотермических условиях при одинаковой температуре нагрева заготовки и штампа и последующую изотермическую штамповку выдавленной заготовки. Выдавливание и изотермическую штамповку осуществляют при температуре нагрева штампа и заготовки 800-830°C±40°C при средней скорости деформации не более 0,3 мм/с. Снижается сопротивление деформации сплава и повышается размерная стойкость штампов. Получают штамповки лопаток с мелкозернистой структурой. 1 ил., 1 пр.
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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке (α+β)-титановых сплавов. Предложен способ высокотемпературной термомеханической обработки (α+β)-титанового сплава. Способ включает первую стадию нагрева до температуры ниже температуры полиморфного превращения сплава со скоростью 210-400°C/мин, деформацию при постоянной температуре, первую стадию охлаждения со скоростью 30-50°C/мин, вторую стадию нагрева до температуры на 60-100°C ниже температуры полиморфного превращения сплава, вторую стадию охлаждения и третью стадию нагрева до температуры на 470-510°C ниже температуры полиморфного превращения с последующим окончательным охлаждением. Перед первой стадией нагрева проводят предварительную термическую обработку в вакууме при температуре на 250-350°C ниже температуры полиморфного превращения сплава, первую стадию нагрева проводят до температуры на 310-350°C ниже температуры полиморфного превращения, деформацию при постоянной температуре проводят со степенью 5-10%, вторую стадию охлаждения проводят в два этапа, причем на первом этапе сплав охлаждают со скоростью 100-120°C/мин в течение 2-5 минут, а на втором этапе сплав охлаждают со скоростью 3000-3600°C/мин до комнатной температуры, после третьей стадии нагрева сплав выдерживают при температуре нагрева в течение 5-10 часов. Технический результат - повышение предела прочности σв обработанного сплава до 1200-1270 МПа, предела текучести σт до 1180-1250 МПа и предела выносливости σ-1 до 410-450 МПа. 2 табл., 3 пр.
Наверх