Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов. Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22% включает закалку прутка и его холодную деформацию. Перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех. Закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Сплав характеризуется низким термическим коэффициентом линейного расширения при высоких значениях прочности и удовлетворительной пластичности. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно описывает способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в направлении оси прутка, то есть для реализации одномерного инвар-эффекта в двухфазных титановых сплавах.

В инварном сплаве Н36 (Fe-36%Ni) [1] инвар-эффект связан с ферромагнитностью этого материала, и поэтому такой материал не требует какой-либо специальной термомеханической обработки для реализации инвар-эффекта. Недостатками данного материала является недостаточная прочность при высокой плотности, а также недостаточно низкие значения термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР), а также ограниченная коррозионная стойкость.

Также известен неферромагнитный сплав 93ЦТ (Zr-(6-8%)Ti), характеризующийся достаточно высокой пластичностью и коррозионной стойкостью [2]. К недостаткам этого материала можно отнести также сравнительно высокие значения ТКЛР, а также ограниченный температурный интервал проявления инвар-эффекта (-100…150°С) при повышенной плотности.

Недостатком другого существующего сплава Cr - (3-7%)Fe - (0.2-1.5%)Mn - (0.001-1.0%)La является крайне узкий интервал пониженных значений ТКЛР (0…40°С) при катастрофически низкой пластичности при комнатных температурах и высокой плотности [2]. Кроме того, сплав является нетехнологичным.

Известен способ реализации инвар-эффекта в титановых сплавах, легированных 2…20% (масс.) ванадия, а также опционально ниобием и танталом [2, 3], используемый для получения состояния с низким термическим расширением в диапазоне температур от -150 до 200°С, включающий закалку сплава из однофазной β-области для получения структуры α''-мартенсита с последующей холодной прокаткой с обжатием 30…70% для получения преимущественной кристаллографической ориентировки (текстуры) мартенсита. Инвар-эффект в данном случае реализуется за счет анизотропии свойств кристаллической решетки мартенсита вдоль осей «а», «b» и «с».

Данный способ является близким к предлагаемому техническому решению. Недостатком данного подхода является необходимость использования специальных прецизионных сплавов, а также недостаточный уровень прочностных свойств в состоянии после обработки. Последнее отчасти связано с необходимостью закалки сплава из однофазной β-области, что приводит к сильному росту зерен с последующим падением прочностных и пластических свойств. Кроме того, способ требует проведения прокатки с сильными обжатиями в холодном состоянии, когда пластичность сплава является низкой.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в формировании состояния в прутках из коррозионностойких неферромагнитных промышленных титановых двухфазных титановых сплавов с низким контролируемым значением ТКЛР (вплоть до отрицательного), которое характеризуется повышенной прочностью при удовлетворительной пластичности.

Техническим результатом изобретения является низкое значение ТКЛР (-3…3) в интервале температур -140…+70°С при высоких значениях прочности (более 900 МПа) и удовлетворительной пластичности (более 5%).

Указанный результат достигается за счет комплексной термомеханической обработки, которая включает горячую деформацию прутка при температуре в диапазоне 500°С…Тпп-20°С для получения аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее 3, закалку прутка с температур в интервале 720°С…Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка, при температуре не выше 300°С и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полного полиморфного превращения используемой плавки сплава.

В качестве материала, из которого производится пруток, могут выступать двухфазные титановые сплавы, условный молибденовый эквивалент которых находится в интервале от 3,3 до 22%.

Сущность изобретения: достижение вышеуказанного технического результата изобретения основано на анизотропии термического расширения кристаллической решетки α''-мартенсита, формирование которого возможно при охлаждении и деформации титановых сплавов.

При деформировании двухфазных титановых сплавов при повышенных температурах происходит текстурирование β-фазы, то есть возникновение в материале преимущественной кристаллографической ориентировки. При этом частицы α-фазы, сохраняющиеся в структуре сплава до температуры полного полиморфного превращения (Тпп), препятствуют протеканию рекристаллизации β-фазы, при которой может изменяться сформированная деформацией текстура. При последующей закалке происходит фиксация метастабильной β-фазы с текстурным состоянием, которое было сформировано при горячей деформации. Деформирование закаленного сплава в холодном состоянии приводит к повышению температуры начала мартенситного превращения выше комнатной и протеканию деформационно-индуцированного прямого β→α''-мартенситного превращения. Формирующая при этом α''-мартенситная фаза наследует текстурное состояние от β-фазы. Преимущественная аксиальная текстура (010) α''-мартенситной фазы вследствие отрицательного термического расширения вдоль оси «b» ее кристаллической решетки обеспечивает компенсацию термического расширения/сужения материала в указанном интервале температур.

С целью реализации инвар-эффекта сплавы, из которых изготовлены прутки, должны характеризоваться следующим. Во-первых, должна иметься возможность фиксации метастабильной β-фазы при закалке. Во-вторых, химический состав β-фазы должен обеспечивать возможность протекания деформационно-индуцированного β→α''-мартенситного превращения при комнатных температурах. Использование сплавов с молибденовым эквивалентом менее 3,3% исключает возможность сохранить в закаленном состоянии β-фазу в достаточном количестве, а в сплавах с эквивалентом свыше 22% стабильность закаленной β-фазы оказывается слишком высокой для протекания деформационно-индуцированного мартенситного превращения при комнатной температуре.

Предшествующее закалке деформирование прутков при этом должно осуществляться при температурах, обеспечивающих максимально высокую объемную долю β-фазы в структуре материала, при этом сохраняющаяся в структуре α-фаза должна эффективно подавлять протекание рекристаллизационных процессов в материале. Как показали исследования, при температурах ниже 500°С объемная доля β-фазы в структуре является пренебрежимо низкой, а выше Тпп-20° доля α-фазы оказывается недостаточной для торможения рекристаллизации. Температура последующей закалки была выбрана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить фиксацию метастабильной β-фазы при комнатной температуре, а с другой стороны, сохранялась возможность протекания деформационно-индуцированного мартенситного превращения. Закалка с температур ниже 720°С приводит к получению β-фазы с температурой начала мартенситного превращения значительно ниже комнатной. Степень холодной деформации должна быть достаточной для протекания β→α''-мартенситного превращения при комнатной температуре. Меньшая степень деформации не обеспечивает необходимого повышения температуре начала мартенситного превращения, а более высокая приводит к получению α'-мартенсита в структуре, реализация инвар-эффекта, при котором является невозможной.

Пример.

Предлагаемое техническое решение подтверждено на примере термомеханической обработки промышленного сплава ВТ16 (Ti-3Al-5Mo-5V), условный молибденовый эквивалент которого равен 8,25.

В процессе обработки исходная заготовка под пруток диаметром 12 мм подвергалась волочению на конечный диаметр 5.3 мм и закаливалась в воду с температуры 760°С. Затем пруток при комнатной температуре подвергался одноосному растяжению вдоль оси до достижения относительной степени деформации 0.7…8.0%. Значения ТКЛР определялись с помощью высокоточного дифференциального дилатометра Linseis L75VD1600C.

В табл. 1 представлены зафиксированные в температурном интервале -140…70°С значения, а на фиг. 1 - зависимость ТКЛР сплава от степени холодной деформации. В табл. 2 приведены механические свойства сплава после холодной деформации со степенью 8%.

Как видно из приведенных данных, в результате предложенной термомеханической обработки достигается значительное снижение ТКЛР (вплоть до отрицательных значений) при сохранении высокой прочности (более 900 МПа) и удовлетворительной пластичности (порядка 5%).

Источники информации

1. Прецизионные сплавы. Справочник. М.: 1984, с. 212…258.

2. Неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него (их варианты): пат. 2095455 Рос. Федерация. №96114190/02; заявл. 16.07.1996; опубл. 10.11.1997.

3. Хромова Л.П. Повышение качества изделий точного машиностроения на основе разработки инварного титанового сплава: автореф. дис. канд. техн. наук. - Москва, 2005. - 28 с.

Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22%, включающий закалку прутка и его холодную деформацию, отличающийся тем, что перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех, закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.



 

Похожие патенты:

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.

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 обработки металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения нанокристаллической структуры металлов в длинномерных заготовках.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам для получения высокопрочных и высоковязких крепежных изделий любых конструктивных параметров без резьбы и с резьбой.

Изобретение относится к обработке порошкообразных материалов давлением, в частности к устройствам для получения проволоки и профилей методом непрерывного прессования из некомпактных металлических материалов, таких как стружка, порошок, гранулы.

Изобретение относится к оборудованию для обработки проволоки в процессе ее производства и может быть использовано для изменения формы поперечного сечения проволоки, в частности для округления ребер четырехгранной проволоки, полученной веерным способом.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к линиям, в частности к автоматическим линиям, для производства профилированной проволоки (или прутков) сплошного поперечного сечения любой заданной геометрической формы поперечного сечения (круглого, квадратного, треугольного и т.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к способу изготовления проволоки, предусматривающему: (А) изготовление кругового диска электроосажденной меди, (В) вращение указанного диска вокруг его центральной оси, (С) подачу режущего инструмента к наружному краю указанного диска для снятия медной ленты с указанного диска, и (D) формование указанной ленты меди для получения множества жил медной проволоки, обеспечивается упрощение и удешевление процесса.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения заготовок с регламентированными физико-механическими свойствами, в том числе, за счет формирования в них мелкозернистой структуры.

Изобретение относится к способу изготовления порошковой наплавочной ленты для наплавки широких поверхностей на изделиях. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к средствам ввода в металлургические расплавы реагентов для получения металла с улучшенными характеристиками, и может быть использовано для раскисления, десульфации и модификации стали. Способ включает формирование металлической оболочки U-образного профиля, заполнение U-образного профиля металлической оболочки наполнителем и обжатие перемещаемой металлической оболочки с наполнителем. В качестве наполнителя используют вытекающий из тигля расплав чистого кальция с температурой 900-1000°С, которым заполняют металлическую оболочку, после заполнения производят обжатие продольных кромок U-образного профиля трубчатой металлической оболочки внахлест с последующим ее охлаждением, при этом заполнение расплавом, формирование обжатия и охлаждение трубчатой оболочки ведут в инертной среде аргона. Изобретение позволяет изготовить кальцийсодержащую проволоку с наполнителем, имеющим высокое содержание активного кальция в твердом монолитном состоянии без кислорода и повышенный коэффициент заполнения, а также снизить расход проволоки, необходимой для обработки заданного количества металла. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов. Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22 включает закалку прутка и его холодную деформацию. Перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех. Закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Сплав характеризуется низким термическим коэффициентом линейного расширения при высоких значениях прочности и удовлетворительной пластичности. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Наверх