Способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов



Способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов
Способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов

 


Владельцы патента RU 2617188:

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу обработки полуфабрикатов из титановых сплавов преимущественно с двухфазной структурой, и может быть использовано в авиационной технике и машиностроении. Заявлен способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов с двухфазной структурой. Способ включает нагрев в β-области и деформацию, охлаждение до температуры (α+β)-области, последующие нагрев и деформацию, окончательное охлаждение. Нагрев до температуры β-области проводят со скоростью 1-20°С/мин, затем осуществляют выдержку в течение 1-8 ч, а деформацию проводят со степенью 70-98% в процессе охлаждения до температуры на 40-200°С ниже температуры полиморфного превращения. Затем осуществляют последующие нагрев до температуры в интервале температур на 50°С ниже и на 30°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и деформацию со степенью 10-50% в процессе охлаждения до температуры на 60-200°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего нагрев ведут до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и осуществляют выдержку в течение 2-30 мин, а деформацию проводят со скоростью 0,5-50 мм/с с натяжением полуфабриката с усилием 3-35 кг/мм2 в процессе охлаждения до температуры на 100-400°С ниже температуры полиморфного превращения. Повышается трещиностойкость материала. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу обработки полуфабрикатов из титановых сплавов преимущественно с двухфазной структурой, и может быть использовано в авиационной технике и машиностроении.

Известен способ термопластической обработки титановых сплавов (Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, т. 2, 1969, с. 1153), заключающийся в нагреве до температуры на 50-100°С ниже температуры полиморфного превращения, деформации со степенью 50-65%, охлаждении в воде со скоростью 3000-3600°С/мин, повторном нагреве со скоростью 60-70°С/мин до 500-550°С, выдержке 10 ч при этой температуре и окончательном охлаждении со скоростью 60-70°С/мин.

Однако после такой обработки прочностные характеристики материала остаются на невысоком уровне. Так, например, прочность при двухосном растяжении гладких образцов (σвд) и образцов с надрезом (σвдн), а также относительное удлинение (δ) составляют 110-115, 95-100 кгс/мм2 и 7-10% соответственно.

Известен также способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов (Патент RU 2285740 C1, кл. C22F 1/18, опубл. 20.10.2006), заключающийся в том, что перед деформацией проводят термическую обработку, которая включает закалку с температуры полиморфного превращения минус 10°С в воду и высокотемпературное старение при температуре 675-700°С в течение 4 ч с охлаждением на воздухе, а после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2. Такой способ обработки технически сложен в осуществлении из-за сильного упрочнения металла путем термообработки перед деформацией и не обеспечивает высоких характеристик трещиностойкости.

За прототип взят способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов (Авторское свидетельство SU 1154968, кл. C22F 1/18, опубл. 10.10.2015) преимущественно с двухфазной структурой, включающий нагрев в β-области, деформацию, охлаждение до температуры (α+β)-области, повторные нагрев и деформацию, окончательное охлаждение, причем с целью повышения механических свойств нагрев до температуры β-области проводят со скоростью 2-10°С/мин, затем осуществляют выдержку в течение 1-5 ч, а деформацию проводят со степенью 85-98% в процессе охлаждения до температуры на 70-200°С ниже температуры полиморфного превращения, повторный нагрев ведут со скоростью 20-30°С/мин и выдерживают в течение 3-15 мин, а повторную деформацию проводят с натяжением полуфабриката усилием 5-25 кг/см2 в процессе охлаждения до температуры на 150-350°С ниже температуры полиморфного превращения.

Однако скорость роста трещины усталости после такого способа обработки полуфабрикатов из титановых сплавов находится на недостаточном уровне.

Техническим результатом является повышение трещиностойкости материала, а именно снижение скорости развития и распространения трещин.

Технический результат достигается способом обработки полуфабрикатов из титановых сплавов с двухфазной структурой, включающим нагрев в β-области и деформацию, охлаждение до температуры (α+β)-области, последующие нагрев и деформацию, окончательное охлаждение, и отличается тем, что нагрев до температуры β-области проводят со скоростью 1-20°С/мин, затем осуществляют выдержку в течение 1-8 ч, а деформацию проводят со степенью 70-98% в процессе охлаждения до температуры на 40-200°С ниже температуры полиморфного превращения, затем осуществляют последующие нагрев до температуры в интервале температур на 50°С ниже и на 30°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и деформацию со степенью 10-50% в процессе охлаждения до температуры на 60-200°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего нагрев ведут до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и осуществляют выдержку в течение 2-30 мин, а деформацию проводят со скоростью 0,5-50 мм/с с натяжением полуфабриката с усилием 3-35 кг/мм2 в процессе охлаждения до температуры на 100-400°С ниже температуры полиморфного превращения.

Предпочтительно, нагрев в β-области проводят при температуре на 100-280°С выше температуры полиморфного превращения, а деформацию проводят со скоростью 0,5-100 мм/с.

Предпочтительно, после нагрева до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения деформацию проводят со степенью 60-90%, а окончательное охлаждение со скоростью 3-40°С/мин.

Положительный эффект способа обусловлен следующим. В процессе нагрева со скоростью 1-20°С/мин и выдержки 1-8 ч создается гомогенный β-твердый раствор. При деформации 70-98% в процессе охлаждения до (α+β)-области до температуры 40-200°С ниже температуры полиморфного превращения происходит дробление β-зерен и рекристаллизация на месте при деформации в β-области и горячий наклеп при переходе деформации к температуре (α+β)-области. Последующий нагрев до температуры в интервале температур на 50°С ниже и на 30°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и деформацией со степенью 10-50% в процессе охлаждения до температуры на 60-200°С ниже температуры полиморфного превращения проводят для глубокой и равномерной проработки структуры. При нагреве до температуры, лежащей в области полиморфного превращения, со скоростью 10-50°С/мин происходит фазовая перекристаллизация, а при ограниченном времени выдержки 2-30 мин не происходит роста β-зерен. После нагрева до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения при деформации со степенью 60-90% со скоростью 0,5-50 мм/с и натяжении 3-35 кг/см2 в процессе охлаждения до температуры на 100-400°С ниже температуры полиморфного превращения происходит измельчение фрагментов внутризеренной структуры, формируется равномерная структура. Окончательное охлаждение со скоростью 3-40°С/мин фиксирует оптимальное соотношение α- и β-фаз.

Параметры обработки полуфабрикатов из титановых сплавов подобраны таким образом, чтобы позволить достичь формирование структурного состояния, в котором развитие трещины будет значительно затруднено, при этом обеспечивая сохранение высокого уровня механических свойств.

По предложенному способу обрабатывали полуфабрикаты из сплава ВТ23, температура полиморфного превращения которого (Тпп) 930°С.

В таблице 1 приведены конкретные режимы осуществления предложенного способа, также механические свойства в сравнении с обработкой по известному способу-прототипу.

Как видно из таблицы, обработка листов из сплава ВТ23 по предложенному способу позволяет снизить скорость распространения трещины усталости по сравнению с известным прототипом на 20-45%.

Технико-экономическая эффективность способа состоит в том, что детали и конструкции, изготовленные из обработанных по предложенному способу полуфабрикатов, имеют высокую эксплуатационную надежность и ресурс работы.

1. Способ обработки полуфабрикатов из титановых сплавов с двухфазной структурой, включающий нагрев в β-области и деформацию, охлаждение до температуры (α+β)-области, последующие нагрев и деформацию, окончательное охлаждение, отличающийся тем, что нагрев до температуры β-области проводят со скоростью 1-20°С/мин, затем осуществляют выдержку в течение 1-8 ч, а деформацию проводят со степенью 70-98% в процессе охлаждения до температуры на 40-200°С ниже температуры полиморфного превращения, затем осуществляют последующие нагрев до температуры в интервале температур на 50°С ниже и на 30°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и деформацию со степенью 10-50% в процессе охлаждения до температуры на 60-200°С ниже температуры полиморфного превращения, после чего нагрев ведут до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения со скоростью 10-50°С/мин и осуществляют выдержку в течение 2-30 мин, а деформацию проводят со скоростью 0,5-50 мм/с с натяжением полуфабриката с усилием 3-35 кг/мм2 в процессе охлаждения до температуры на 100-400°С ниже температуры полиморфного превращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев в β-области проводят при температуре на 100-280°С выше температуры полиморфного превращения, а деформацию проводят со скоростью 0,5-100 мм/с.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после нагрева до температуры в интервале на 30°С ниже и на 150°С выше температуры полиморфного превращения деформацию проводят со степенью 60-90%, а окончательное охлаждение со скоростью 3-40°С/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению деталей из сплава TA6Zr4DE, и может быть использовано при изготовлении вращающихся деталей турбомашины. Способ изготовления детали турбомашины, выполненной из титанового сплава TA6Zr4DE, включает ковку заготовки в альфа-бета-области с образованием предварительно отформованной заготовки, горячую штамповку предварительно отформованной заготовки в бета-области титанового сплава с получением необработанной детали и термическую обработку.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к альфа/бета титановым сплавам с высокой прочностью и пластичностью. Альфа/бета титановый сплав содержит, мас.%: от 3,9 до 4,5 алюминия, от 2,2 до 3,0 ванадия, от 1,2 до 1,8 железа, от 0,24 до 0,30 кислорода, до 0,08 углерода максимум, до 0,05 азота максимум, до 0,015 водорода максимум, в общей сложности до 0,30 других элементов: менее чем 0,005 каждого из бора и иттрия, не более чем 0,10 каждого из олова, циркония, молибдена, хрома, никеля, кремния, меди, ниобия, тантала, марганца и кобальта, и остальное - титан и случайные примеси.

Изобретение относится к обработке металлов и сплавов давлением, а именно к способам изготовления тонколистового проката на основе алюминидов титана. Способ изготовления тонколистового проката из сплава Ti - 10,0-15,0 Al - 17,0-25,0 Nb - 2,0-4,0 V - 1,0-3,0 Mo - 0,1-1,0 Fe – 1,0-2,0 Zr – 0,3-0,6 Si включает ковку слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную горячую продольную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку, сборку в пакет, прокатку пакета и окончательную адъюстажную обработку листов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке (α+β)-титановых сплавов. Предложен способ высокотемпературной термомеханической обработки (α+β)-титанового сплава.
Изобретение может быть использовано для изготовления методом сверхпластической деформации ответственных силовых деталей из титанового сплава ВТ6, в частности шпангоутов, люков, обтекателей.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячей обработке давлением сплавов на основе интерметаллида титана, и может использоваться при изготовлении деталей газотурбинных двигателей.

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

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 способу изготовления крепежных изделий из титанового сплава с заданными механическими свойствами, и может быть использовано в аэрокосмической отрасли. Способ изготовления титанового сплава включает обеспечение наличия титанового сплава, полученного с использованием по меньшей мере 50% титанового скрапа, отжиг титанового сплава, причем титановый сплав содержит, мас.%: от 5,50 до 6,75 алюминия, от 3,50 до 4,50 ванадия, от 0,25 до 0,50 кислорода и от 0,40 до 0,80 железа. Обеспечивается получение титанового сплава, имеющего высокий уровень содержаний кислорода и железа, с высокими механическими характеристиками. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх