Способ термомеханической обработки листов из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в плоскости листа

Изобретение относится к области металлургии, а именно термомеханической обработке листовых полуфабрикатов из двухфазного титанового сплава для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения ТКЛР в плоскости листа, то есть для реализации двухмерного инвар-эффекта в двухфазных титановых сплавах. Способ термомеханической обработки листовых полуфабрикатов из двухфазного титанового сплава с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22% включает горячую прокатку листовых полуфабрикатов и холодную продольно-поперечную прокатку. Горячую прокатку осуществляют при температуре от 500°С до Т_пп - 20°С с суммарным обжатием не менее 10%, далее проводят закалку с температуры в интервале от 600°С до Т_пп, а последующую холодную продольно-поперечную прокатку листового полуфабриката осуществляют при температуре не выше 300°С с суммарным обжатием от 1 до 30%, где Т_пп - температура полного полиморфного превращения используемой плавки сплава. Получают значение ТКЛР не более 5⋅10⁶ К^-1 в плоскости листа в интервале температур от -140 до +80°С при прочности более 900 МПа и пластичности более 5%. 3 табл., 1 пр.

 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, а именно описывает термомеханической обработки листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов для получения низких значений термического коэффициента линейного расширения в плоскости листа, то есть для реализации двумерного инвар-эффекта в двухфазных титановых сплавах.

В инварном сплаве 36Н (Fe-36%Ni) [1] инвар-эффект связан с ферромагнетностью 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 листах 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 (не более 5) в плоскости листа в интервале температур -140…+80°С при высоких значениях прочности (более 900МПа) и удовлетворительной пластичности (более 5%).

Указанный результат достигается за счет комплексной термомеханической обработки, которая включает получение листа методом прокатки при температуре в диапазоне 500°С…Т_пп-20°С (Т_пп - температура полного полиморфного превращения используемой плавки сплава) с суммарным обжатием не менее 10%, закалку листа с температур в интервале 600°С…Т_пп с последующей продольно-поперечной прокаткой листа при температуре не выше 300°С и с суммарным обжатием от 1 до 30%.

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

Пример.

Предлагаемое техническое решение подтверждено на примере термомеханической обработки промышленных сплавов ВТ23 и ВТ16, условный молибденовый эквивалент которых равен 7,9 и 8,6 соответственно.

В процессе обработки листовые полуфабрикаты из сплава ВТ23 исходной толщиной 6 мм подвергались горячей прокатке при температуре 840°С до толщины 4 мм и закаливались в воду от температуры 800°С. Затем листы при комнатной температуре подвергались первой холодной прокатке в направлении, перпендикулярном направлению горячей прокатки, на относительное обжатие 6%. Далее полученные листы при комнатной температуре прокатывались в направлении, перпендикулярном направлению первой холодной прокатки, на 3 и 6%.

Листовые полуфабрикаты из сплава ВТ16 исходной толщиной 6 мм подвергались горячей прокатке при температуре 840°С до толщины 4 мм и закаливались в воду от температуры 760°С. Затем листы при комнатной температуре подвергались первой холодной прокатке в направлении, перпендикулярном направлению горячей прокатки, на относительное обжатие 6%. Далее полученные листы при комнатной температуре прокатывались в направлении, перпендикулярном направлению первой холодной прокатки, на 6%.

Значения ТКЛР определялись с помощью высокоточного дифференциального дилатометра Linseis L75VD1600C на образцах, вырезанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях: направлении последней холодной прокатки (НП) и поперечном направлении (ПН).

В табл. 1, 2 представлены зафиксированные в температурном интервале -140…80°С значения ТКЛР после первой и второй холодных прокаток соответственно. В табл.3 приведены механические свойства сплавов с суммарной степенью обжатия после двух холодных прокаток 12%.

Как видно из представленных данных, в результате предложенной термомеханической обработки в обоих сплавах было достигнуто значительное снижение ТКЛР (примерно в 2…3 раза) и его низкая анизотропия в плоскости листа при сохранении высокой прочности и удовлетворительной пластичности.

Источники информации

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

2. Неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него (их варианты): патент РФ 2095455, №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 листовых полуфабрикатов из двухфазного титанового сплава с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22%, включающий горячую прокатку листовых полуфабрикатов и холодную продольно-поперечную прокатку, отличающийся тем, что горячую прокатку осуществляют при температуре от 500°С до Т_пп - 20°С с суммарным обжатием не менее 10%, далее проводят закалку с температуры в интервале от 600°С до Т_пп, а последующую холодную продольно-поперечную прокатку листового полуфабриката осуществляют при температуре не выше 300°С с суммарным обжатием от 1 до 30%, где Т_пп - температура полного полиморфного превращения используемой плавки сплава.