Способ изготовления листов из сплава ti - 6al - 2sn - 4zr - 2mo с регламентированной текстурой

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам создания текстуры в тонких листах из титанового сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo методом горячей прокатки. Способ получения листов из жаропрочного сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Мо включает предварительную обработку слитка ковкой или штамповкой в β-области с получением сляба, горячую продольную прокатку сляба на подкат с последующим отжигом и травлением, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку и сборку в пакет, пакетную поперечную прокатку в листовую заготовку с последующими отжигами и адъюстажной обработкой полученных листов. Горячую продольную прокатку сляба на подкат осуществляют поэтапно. На первом этапе - при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷60)°С и суммарной степенью деформации 25-30%, на втором - при температуре нагрева в β-области ТПП+(80÷120)°С и суммарной степени деформации 80-95%, окончательную - не менее чем однократную прокатку при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷65)°С с суммарной степенью деформации 20-60%, пакетную поперечную прокатку осуществляют в два этапа в (α+β)-области при температуре нагрева ТПП-(30÷60)°С с суммарной степенью деформации пакета 50-85% и с промежуточным и окончательным отжигами, причем соотношение суммарных степеней деформаций окончательной продольной прокатки подката и поперечной прокатки пакета в (α+β)-области составляет не более 10%. Полученные листы толщинами до 0,4 мм характеризуются низкой анизотропией механических свойств и однородной структурой, удовлетворительным качеством поверхности. 2 ил., 3 табл.

 

Предлагаемый способ относится к области металлургии, а именно к методам создания текстурованного состояния титанового сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, при изготовлении тонких листов методом горячей прокатки.

Сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo относится к жаропрочным псевдо-α-титановым сплавам, в которых при комнатной температуре содержится до 97% α-фазы.

Среди всего многообразия титановых сплавов особое место занимают сплавы на основе α-фазы (α- и псевдо-α) вследствие особенностей гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решетки, имеющей выраженную анизотропию свойств.

Деформация при прокатке приводит к вытягиванию зерен вдоль направления прокатки. Титановый лист при прокатке в одном направлении испытывает анизотропию прочности и в результате имеет прочность в направлении прокатки ниже, чем прочность в поперечном направлении с низкой вязкостью. Когда этот титановый лист подвергается штамповке (прессованием), деформация протекает преимущественно в направлении прокатки с низкой прочностью. Во многих случаях это нежелательно и далее недопустимо, например, для получения изделия типа оболочки. Поэтому к титановым псевдо-α-сплавам в виде катанных листов часто предъявляют повышенные требования по пластической изотропии в плоскости листа.

При разработке режимов термической обработки сплавов с ГПУ структурой особое внимание следует уделять кристаллографической ориентации (текстуре), формирующейся при обработке и оказывающей значительное влияние на технологические и эксплуатационные свойства сплавов.

Текстура деформации в процессе термомеханической обработки может сохраниться, исчезнуть или возникнуть новая. Это создает основу для управления формированием анизотропии, хотя связи между текстурами деформации и условиями внешнего воздействия на металл чаще всего неоднозначные и могут быть оптимизированы опытным путем.

Известен способ изготовления листов из малолегированных титановых сплавов, включающий нагрев плоского слитка, его горячую прокатку на подкат, резку подката на заготовки, нагрев заготовок в (α+β)-области, прокатку их на листы, термообработку, травление, правку, резку листов на готовый размер (Патент РФ №2198237, МПК C22F 1/18, опубл. 10.02.2003).

Предлагаемый способ позволяет получать качественные листы с хорошей поверхностью. Способ не предусматривает управления формированием анизотропии.

В качестве наиболее близкого аналога, принятого за прототип, выбран способ изготовления тонких листов из псевдо-α титановых сплавов, включающий предварительную обработку слитка ковкой или штамповкой в β-области с получением сляба, горячую продольную прокатку сляба в подкат, с последующим отжигом и травлением, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку и сборку в пакет, пакетную прокатку в листовую заготовку с последующим отжигами и адьюстажной обработкой полученных листов (Патент РФ №2522252, МПК C22F 1/18, В21В 3/00, опубл. 10.07.2014).

Предлагаемое изобретение позволяет получить из псевдо-α титановых сплавов тонкие листы, обладающие высоким уровнем механических свойств с минимальной анизотропией и однородной структурой, а также удовлетворительным качеством поверхности.

Способ не обеспечивает стабильности получения на листах из сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo требуемых текстур, начиная с толщины менее 5 мм. С уменьшением толщины листов возрастает процент брака, проявляется в процессе последующих технологических операций гибки листов и может достигать до 70%.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение стабильных типов структур, гарантирующих уровень свойств по углу загиба при комнатной температуре, с требуемыми показателями механических свойств при повышенных температурах и стабильными показателями по ползучести.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении качественных листов с низкой анизотропией механических свойств и снижении уровня брака по углу изгиба с 70 до 0% за счет получения в листах текстуры «перекрестная призма» и «наклонный базис».

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения листов из сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo с регламентированной текстурой, включающем предварительную обработку слитка ковкой или штамповкой в β-области с получением сляба, горячую продольную прокатку сляба в подкат с последующим отжигом и травлением, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку и сборку в пакет, пакетную поперечную прокатку в листовую заготовку с последующими отжигами и адьюстажной обработкой полученных листов, согласно изобретению горячую продольную прокатку сляба на подкат осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе - при температуре нагрева в (α+β)-области температуре ТПП-(20÷60)°С и суммарной степенью деформации 25÷30%, на втором - при температуре нагрева β-области ТПП+(80÷120)°С и суммарной степени деформации 80÷95%, окончательную - не менее чем однократную прокатку при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷65)°С с суммарной степенью деформации 20÷60%, пакетную поперечную прокатку осуществляют в два этапа в (α+β)-области при температуре нагрева ТПП-(30÷60)°С с суммарной степенью деформации пакета 50÷85% и с промежуточным и окончательным отжигами, причем соотношение суммарных степеней деформаций окончательной продольной прокатки подката и поперечной прокатки пакета в (α+β)-области составляет не более 10%.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг. 1 - текстурное состояние подката после продольной прокатки в β-области, где позиция 1 - β-кристалл, 2 - α-кристалл.

Фиг. 2 - текстурное состояние подката после поперечной прокатки, позиция 3 – кристалл, ориентированный в направлении прокатки (НП), 4 - ориентированный в поперечном направлении (ПН), 5 - ориентированный в нормальном направлении (НН).

Сущность изобретения заключается в следующем. Продольная прокатка сляба в подкат при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷60)°С и суммарной степенью деформации 25÷30% обеспечивает разрушение большеугловых границ зерен, увеличение плотности дислокаций, т.е. осуществляется деформационный наклеп. Полученный металл имеет повышенную внутреннюю энергию, а последующий нагрев в β-области до температуры ТПП+(80÷120)°С и суммарной степени деформации 80÷95% сопровождается рекристаллизацией с измельчением зерна, что позволяет получить в обрабатываемой заготовке равноосное макрозерно.

В предлагаемом изобретении формирование текстуры уже начинается с горячей продольной прокатки сляба в β-области, где в качестве преобладающей компоненты текстуры β-фазы сформировалась ориентировка плоскости куба в диагональном направлении (100) <011>, при этом необходимая степень суммарной деформации должна составлять не менее 80÷95%.

При β→α - превращении во время охлаждения металла сплава наблюдается переход текстуры (001)<011> β-фазы в текстуру продольно-поперечной призмы α-фазы. Наглядное представление на фиг. 1, где представлено текстурное состояние подката после прокатки в β-области в виде положений кристаллитов-гексогонов, находящихся в плоскости прокатки.

При окончательной продольной прокатке в (α+β)-области (диапазон оптимальных температур ТПП-(20÷65)°С), после горячей прокатки сляба в β-области, главным механизмом деформации снова становится двойникование, потому что плоскости скольжения превращенной α-фазы заблокированы, поскольку в начальный момент деформации не совпадают с направлением сдвиговых касательных напряжений. Кристаллиты, ориентированные в исходном состоянии направлением базиса <0001> вдоль НП, уже после небольших степеней деформации поднимаются на угол, близкий к 60 град. к НП, плотность выхода полюсов базиса в продольном направлении снижается до 20-40% от первоначальной. Когда в деформацию вовлекается скольжение, то в ПН увеличивается плотность выхода полюсов базиса и усиливается поперечная призма.

Величина деформации между прерываниями при продольной прокатке в (α+β)-области после горячей прокатки сляба в β-области подобрана опытным путем исходя из конечного типоразмера.

Последующая поперечная пакетная прокатка в (α+β)-области при температуре ТПП-(30÷60)°С с суммарной деформацией 50÷85% проводится в два этапа (режимы прокатки подобраны опытным путем в НП (бывшем ПН)) в результате двойникования снижается количество полюсов базиса, переходя к положению вблизи 10-30° от нормального направления (НН). В ПН базис при прокатке с Е=30% в этом температурном интервале не успевает сформироваться, остается ориентировка призмы 1-го рода <1010>. То же и в направлении НП, вследствие чего формируется текстура перекрестной призмы и наклонный базис с углом ориентации кристалла в направлении 10°-30° от НН (фиг. 2).

Расхождение в соотношении суммарных деформаций окончательной продольной прокаткой подката и поперечной прокаткой пакета в (α+β)-областях не более 10% является оптимальным, при котором при горячей прокатке обеспечивается однородность текстуры по всему объему листа.

Промышленная применимость подтверждается конкретным примером выполнения изобретения.

Изготовлены листы сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, удовлетворяющие требованиям AMS 4919, размерами 1,27×990,6×3048 мм, ТПП 995°С, по следующей технологии.

Полученный ковкой в β-области сляб на первом этапе горячей продольной прокатки нагревали в электрической печи при температуре нагрева 965°С (на 30°С ниже ТПП) и прокатывали со степенью деформации 25%, второй этап горячей продольной прокатки подката на толщину 25×1100×1400 мм осуществляли при температуре нагрева 1095°С (на 100°С выше ТПП) и суммарной степени деформации 87%. Затем проводили адъюстажные операции (удаление окалины, дробеметная обработка и травление). Далее осуществляли прокатку при температуре нагрева 965°С (на 30°С ниже ТПП) на толщину 14 мм со степенью деформации 44%. Последующую прокатку проводили при температуре нагрева 950°С (на 45°С ниже ТПП), заготовку прокатывали за два прохода на толщину 5,65 мм со степенью деформации 30% в каждом проходе, при этом суммарная степень деформации составила 60%. Затем подкат резали на мерные листовые заготовки, проводили адъюстажные операции и собирали пакет. Собранный пакет подвергали отжигу. Затем осуществляли окончательную пакетную поперечную прокатку в два этапа: на первом этапе пакет прокатывали в поперечном направлении при температуре нагрева 950°С (на 45°С ниже ТПП) с суммарной степенью деформации 40%. На втором этапе меняли направление прокатки перпендикулярно предыдущему направлению и прокатывали при температуре нагрева 950°С (на 45°С ниже ТПП) на окончательный размер. Суммарная степень деформации за оба этапа составила 72%. Далее пакет подвергали двухступенчатому отжигу: первая ступень при температуре нагрева 899°С, вторая ступень при температуре нагрева 790°С. Затем осуществляли разбору пакетов и проводили отделочные операции, включающие правку листов, шлифование, травление, вырезку образцов для испытаний и резку листов на готовый размер.

Механические свойства при комнатной температуре приведены в таблице 1.

* Загиб листа производится на оправке, равной 9 толщинам листа.

Механические свойства при повышенной температуре (Т=482°С) приведены в таблице 2.

Механические испытания на ползучесть (в поперечном направлении) приведены в таблице 3.

Таким образом, данный способ позволяет получить листы сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo толщинами до 0,4 мм с низкой анизотропией механических свойств и гарантированным углом загиба при комнатной температуре, с требуемыми показателями механических свойств при повышенных температурах и стабильными показателями по ползучести.

Способ получения листов из жаропрочного сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Мо, включающий предварительную обработку слитка ковкой или штамповкой в β-области с получением сляба, горячую продольную прокатку сляба на подкат с последующим отжигом и травлением, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку и сборку в пакет, пакетную поперечную прокатку в листовую заготовку с последующими отжигами и адъюстажной обработкой полученных листов, отличающийся тем, что горячую продольную прокатку сляба на подкат осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе - при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷60)°С и суммарной степенью деформации 25-30%, на втором - при температуре нагрева в β-области ТПП+(80÷120)°С и суммарной степени деформации 80-95%, окончательную - не менее чем однократную прокатку при температуре нагрева в (α+β)-области ТПП-(20÷65)°С с суммарной степенью деформации 20-60%, пакетную поперечную прокатку осуществляют в два этапа в (α+β)-области при температуре нагрева ТПП-(30÷60)°С с суммарной степенью деформации пакета 50-85% и с промежуточным и окончательным отжигами, причем соотношение суммарных степеней деформаций окончательной продольной прокатки подката и поперечной прокатки пакета в (α+β)-области составляет не более 10%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке и упрочнению малогабаритных изделий конструкционного и медицинского назначения, например метизных изделий и стоматологических имплантатов, изготовленных из альфа-сплавов титана.

Изобретение относится к области радиационного материаловедения и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению заготовок из технически чистого титана с размером зерна менее 0,4 мкм, и может быть использовано для изготовления полуфабрикатов и изделий, используемых в медицине и технике.

Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы и может быть использовано в медицине при изготовлении стентов. Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг.

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.

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.

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 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 способу изготовления алюминиевой фольги, а также алюминиевой фольге, снабженной интегрированными защитными элементами, и может быть использовано для упаковки медицинской продукции для защиты ее от подделки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстостенным стальным трубам, которые могут быть использованы для бурения или транспортировки нефти и природного газа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к обработке давлением и может быть использовано для получения из этих материалов заготовок, полуфабрикатов и изделий с регламентированной структурой, используемых в аэрокосмической и автомобильной технике.

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 обработке металлов давлением, в частности к производству тонких листов из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, в том числе алюминий-литиевых сплавов, и может быть использовано при производстве обшивочных листов для аэрокосмической промышленности и судостроения.

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

Изобретение относится к горячекатаным оцинкованным листам. Высокопрочный горячеоцинкованный стальной лист, содержит лист из стали, содержащей, в маc.%: С от 0,075 до 0,400, Si от 0,01 до 2,00, Mn от 0,80 до 3,50, Р от 0,0001 до 0,100, S от 0,0001 до 0,0100, Al от 0,001 до 2,00, О от 0,0001 до 0,0100, N от 0,0001 до 0,0100, железо и неизбежные примеси - остальное, и горячеоцинкованный слой, сформированный на поверхности стального листа.

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 деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановому листу, который может быть использован для изготовления сепараторов топливных элементов. Титановый лист для сепаратора топливного элемента содержит основу листа из титана или титанового сплава с рекристаллизованной структурой, поверхностный слой и пассивирующий слой. Поверхностный слой содержит титановую матрицу твердого раствора кислорода (O), углерода (C) и азота (N) в титане и соединения титана с по меньшей мере одним из элементов, выбранных из кислорода (O), углерода (C) и азота (N), имеет толщину менее 1 мкм, а пассивирующий слой расположен на поверхностном слое и имеет толщину менее 5 нм. Титановый лист обеспечивает низкое контактное сопротивление. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам создания текстуры в тонких листах из титанового сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo методом горячей прокатки. Способ получения листов из жаропрочного сплава Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Мо включает предварительную обработку слитка ковкой или штамповкой в β-области с получением сляба, горячую продольную прокатку сляба на подкат с последующим отжигом и травлением, резку подката на листовые заготовки, их адъюстажную обработку и сборку в пакет, пакетную поперечную прокатку в листовую заготовку с последующими отжигами и адъюстажной обработкой полученных листов. Горячую продольную прокатку сляба на подкат осуществляют поэтапно. На первом этапе - при температуре нагрева в -области ТПП-°С и суммарной степенью деформации 25-30, на втором - при температуре нагрева в β-области ТПП+°С и суммарной степени деформации 80-95, окончательную - не менее чем однократную прокатку при температуре нагрева в -области ТПП-°С с суммарной степенью деформации 20-60, пакетную поперечную прокатку осуществляют в два этапа в -области при температуре нагрева ТПП-°С с суммарной степенью деформации пакета 50-85 и с промежуточным и окончательным отжигами, причем соотношение суммарных степеней деформаций окончательной продольной прокатки подката и поперечной прокатки пакета в -области составляет не более 10. Полученные листы толщинами до 0,4 мм характеризуются низкой анизотропией механических свойств и однородной структурой, удовлетворительным качеством поверхности. 2 ил., 3 табл.

Наверх