Способ изготовления листов из титанового сплава от4

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению листов из титанового сплава ОТ4, и может быть использовано для получения изделий сложной конфигурации глубокой вытяжкой и штамповкой. Способ изготовления листов из титанового сплава ОТ4 включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки. Слиток деформируют в сляб в два этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше температуры полиморфного превращения (ТПП) на 150-250°C с суммарной степенью деформации 30-80%, а на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-50°C с суммарной степенью деформации 20-50%, многоэтапную прокатку сляба на подкат осуществляют последовательно в четыре этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 30-90%, на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 15-40%, на третьем этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 15-25% и на четвертом этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%, разрезают подкат на листовые заготовки, собирают их в пакет, укладывают с обеспечением перпендикулярности предыдущей прокатки листовой заготовки к направлению последующей прокатки листовой заготовки и прокатывают пакет на готовый размер в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%. Полученные листы имеют высокие значения пластичности, низкую анизотропию механических свойств. 5 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления листов (листовых полуфабрикатов) из титанового сплава ОТ4, которые могут быть использованы в машиностроительной, аэрокосмической, энергетической, химической и других областях народного хозяйства.

Тенденция на повышение технологических свойств листового полуфабриката всегда была определяющей. С одной стороны, это продиктовано проблемой экономии металла, с другой, - ужесточением требований потребителей в связи со спецификой ряда отраслей промышленности.

Сплав ОТ4 относится к псевдо-α-титановым сплавам, которые характеризуются анизотропией механических свойств, в значительной степени обусловленной кристаллографической текстурой α-фазы, имеющей гексагональную кристаллическую решетку с более низкой симметрией, чем β-фаза, имеющей объемно-центрированную кубическую решетку.

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

Известен способ производства тонких листов и фольги из технически чистого титана, включающий горячую прокатку полосы толщиной 3-6 мм, отжиг в воздушной атмосфере, очистку поверхности от окалины, кислотное травление, шлифование, холодную прокатку, финишную отделку поверхности (Титан, 1995, т. 43, N 4, с. 239-246).

Листы из прочных и высокопрочных сплавов толщиной менее 3 мм по указанной технологии не производят. Способ не предусматривает управления формированием изотропности.

В качестве наиболее близкого аналога может быть принят способ изготовления листов из титанового сплава ОТ4, раскрытый в RU 2522252 С1, C22F 1/18, 10.07.2014. Способ включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки.

Указанное изобретение позволяет получить из псевдо-α-титановых сплавов тонкие листы, обладающие высоким уровнем механических свойств при низкой анизотропии, однородной структурой, а также удовлетворительным качеством поверхности.

Изготовление листов по известной технологии из псевдо-α-титановых сплавов, в частности сплава ОТ4, позволяет получать листы с углом изгиба не менее 70° в поперечном направлении. По статистике предельные значения угла изгиба не превышали 105°. Однако эти свойства не стабильны и не обеспечивают требуемую пластичность, которая необходима при изготовлении деталей у заказчиков, т.е. при штамповке деталей сложной формы выявляются многочисленные дефекты в виде трещин по радиусу изгиба, которые не всегда удаляются зачисткой, что приводит к отбраковке деталей.

Задачей данного изобретения является повышение пластических свойств листового полуфабриката из титанового сплав ОТ4, позволяющего осуществлять глубокую вытяжку и штамповку изделий сложной конфигурации.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении качественного листового полуфабриката с низкой анизотропией механических свойств листов и высокой пластичностью при комнатной температуре за счет управления формированием кристаллографической текстуры при прокатке.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления листов из титанового сплава ОТ4, включающем деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки, согласно изобретению слиток деформируют в сляб в два этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше температуры полиморфного превращения (ТПП) на 150-250°C с суммарной степенью деформации 30÷80%, а на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-50°C с суммарной степенью деформации 20-50%, многоэтапную прокатку сляба на подкат осуществляют последовательно в четыре этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 30-90%, на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 15-40%, на третьем этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 15-25% и на четвертом этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%, разрезают подкат на листовые заготовки, собирают их в пакет, укладывают с обеспечением перпендикулярности предыдущей прокатки листовой заготовки к направлению последующий прокатки листовой заготовки и прокатывают пакет на готовый размер в интервале температур ниже ТПП на 30-70° с суммарной степенью деформации 40-70%.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1. - Текстурное состояние подката после третьего этапа прокатки, где позиция 1 - β-кристалл, 2 - α-кристалл;

Фиг. 2. - Текстурное состояние подката после четвертого этапа прокатки;

Фиг. 3. - Текстурное состояние листа;

Фиг. 4. - Схема прокатки (где ε - суммарная степень деформации; - поперечная прокатка; → - продольная прокатка);

Фиг. 5. - Образцы после испытаний на угол изгиба на оправке радиусом 1,5Т.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Выплавленный слиток нагревают до температуры на 150÷250°C выше ТПП и подвергают ковке с суммарной степенью деформации 30÷80%, что разрушает литую структуру, усредняет химический состав сплава, уплотняет заготовку, устраняя такие литейные дефекты, как пустоты, раковины и др. Температура нагрева ниже указанного предела приводит к снижению пластических характеристик, затруднению деформации и появлению поверхностного растрескивания, температура нагрева выше указанного предела вызывает значительное увеличение газонасыщенного слоя, что приводит к поверхностным надрывам при деформации, ухудшению качества поверхности металла. Следующая деформация заготовки с суммарной степенью 20÷50% после нагрева на 30÷50°C ниже ТПП позволяет измельчить размер зерна по отношению к исходному состоянию, увеличить плотность дислокаций, т.е. осуществляют деформационный наклеп. Для полного удаления поверхностных дефектов полученный сляб механически обрабатывают со всех сторон.

На первом этапе прокатки механически обработанный сляб подвергают продольной деформации на подкат в β-области при температуре ТПП + (90-160)°C с суммарной деформацией 30-90%. При данном температурном режиме происходит интенсивное измельчение зерна и сплав обладает достаточной пластичностью, которая позволяет предать заготовке требуемые геометрические размеры. Превышение температуры деформации приводит к росту зерен.

После деформации в β-области на втором этапе прокатку осуществляют при нагреве до температуры на 30-70°С ниже ТПП и осуществляют прокатку с суммарной деформацией 15-40% для разрушения большеугловых границ зерен, увеличения плотности дислокаций, т.е. осуществляют деформационный наклеп. Суммарная степень деформации достаточна для обеспечения однородных свойств сплава во всем объеме. Полученный подкат имеет повышенную внутреннюю энергию и на третьем этапе продольной прокатки при температуре на 90-160°С выше ТПП с суммарной деформацией 15-25% происходит интенсивное измельчение зерен по всему объему металла. При данной суммарной деформации в металлах с кубической решеткой характерно образование многокомпонентной не острой текстуры (фиг. 1).

На четвертом этапе продольной прокатки подката в (α+β) - области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°С с суммарной степенью деформации 40-70% после горячей прокатки подката в β-области главным механизмом деформации становится двойникование, потому что плоскости скольжения превращенной α-фазы заблокированы, поскольку не совпадают с направлением сдвиговых касательных напряжений. Кристаллиты, ориентированные в исходном состоянии направлением базиса <0001> вдоль направления прокатки (НП), уже после небольших степеней деформации поднимаются на угол, близкий к 30°, к НП. Когда в деформацию вовлекается скольжение, то в поперечном направлении (ПН) увеличивается плотность выхода базиса и усиливается призматическая плоскость (фиг. 2).

Последующая поперечная прокатка проводится в составе пакета. Пакетная прокатка уменьшает концентрацию деформирующих сил на ограниченной площади пластической деформации, что позволяет:

- производить деформацию тонкой листовой заготовки с необходимой высокой степенью суммарной деформации равной 40-70% в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°С;

- создаются более благоприятные условия для формирований требуемой кристаллографической текстуры - типа «(11.0)<0001>». В НП (бывшем ПН) в результате двойникования исчезает базис, переходя к положению вблизи 10-60° 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 . То же и в направлении НП, вследствие чего формируется текстура типа «(11.0)<0001>» с наличием компоненты отклоненного базиса в НН листов, обеспечивающая изотропность механических свойств в плоскости листа. Текстурное состояние листов после поперечной пакетной прокатки показано на фиг. 3.

Термомеханические параметры пакетной прокатки в ПН аналогичны параметрам прокатки в продольном направлении на последнем этапе (4-й этап). Данные режимы являются оптимальными и подобраны опытным путем, вследствие чего формируется текстура, обеспечивающая изотропность механических свойств листа.

Ниже приведен пример реализации предлагаемой технологии при изготовлении листов сплава ОТ4 размерами 1,5×800×2000 мм и 1,8×600×2000 мм.

Для проведения работ по отработке технологии изготовления листов толщиной 1,5/1,8 мм из сплава ОТ4 с повышенными пластическими свойствами и высоким углом изгиба с применением пакетной прокатки был выплавлен промышленный слиток массой 1760 кг.

Химический состав слитков приведен в таблице 1.

Листы обработаны согласно схеме прокатки, приведенной на фиг. 4.

Были проведены исследования кристаллографических текстур подката толщиной 17 мм, листовой заготовки толщиной 6,35 мм и листов толщиной 1,5 и 1,8 мм. Исследование образцов проведено на дифрактометре Bruker D8 Advance, медное излучение (U=40kB, I=40 мА), детектор LynxEye. Дифрактограммы для построения обратных полюсных фигур (ОПФ) сняты в режиме: шаг 0.02°, 0,5 сек, 2θ=34-156°. Обратные полюсные фигуры построены для трех ортогональных сечений: в плоскости листа на поверхности и на половине толщины подката (относительно НН), для поперечного (относительно НП) и долевого (относительно ПН) сечений. ОПФ получены с поверхности, после ее шлифования и травления образцов. На основе ОПФ были определены интенсивность полюсных плотностей и тип текстур, которые приведены в таблице 2.

Механические свойства листов толщиной 1,8/1,5 мм после стандартного отжига приведены в таблице 3.

На фиг. 5 показаны образцы после испытаний на угол изгиба на оправке радиусом 1,5Т (Т - толщина листа).

Разработанный технологический процесс позволяет производить листы из титанового сплава ОТ4 с повышенными пластическими свойствами, с низкой анизотропией механических свойств листов и высоким углом изгиба при комнатной температуре (до 170°).

Результаты исследования кристаллографической текстуры показали, что разработанная технология сформировала в листах текстуру типа (11.0)<0001> с компонентами базиса (00.1) и отклоненного базиса (10.3) на ОПФ в плоскости листа, которая обеспечила высокие изотропные пластические свойства в листах сплава ОТ4.

Способ изготовления листов из титанового сплава ОТ4, включающий деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки, отличающийся тем, что слиток деформируют в сляб в два этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше температуры полиморфного превращения (ТПП) на 150-250°C с суммарной степенью деформации 30-80%, а на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-50°C с суммарной степенью деформации 20-50%, многоэтапную прокатку сляба на подкат осуществляют последовательно в четыре этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 30-90%, на втором этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 15-40%, на третьем этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 15-25% и на четвертом этапе в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%, разрезают подкат на листовые заготовки, собирают их в пакет, укладывают с обеспечением перпендикулярности предыдущей прокатки листовой заготовки к направлению последующей прокатки листовой заготовки и прокатывают пакет на готовый размер в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке заготовок для измельчения микроструктуры. Производят ковку нагретой заготовки на прессе в открытом штампе в первом направлении ковки до предела пластичности материала заготовки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении муфт для термомеханического соединения трубопроводов. Муфту изготавливают из сплава с памятью формы Ti-Ni-Nb-Zr со следующим содержанием элементов (ат.

Группа изобретений относится к способу дробеструйной обработки поверхности металлической детали для получения наноструктурированного поверхностного слоя и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано в заготовительном производстве при подготовке металла к последующим операциям обработки давлением или к механической обработке.

Изобретение относится к заготовительному производству машиностроительных предприятий и может быть использовано для получения ультрамелкозернистых материалов, заготовок с измельченной однородной равноплотной структурой для дальнейшего изготовления высоконагруженных деталей.

Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненных ультрамелкозернистых материалов путем обработки высокоскоростным потоком порошковых частиц. Способ включает обработку заготовки из металла или сплава потоком порошковых частиц, разогнанных энергией взрыва заряда взрывчатого вещества, в режиме сверхглубокого проникания частиц.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт, используемых при производстве постоянных магнитов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изменению физической структуры цветных металлов или их сплавов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении высокоответственных изделий, работающих в экстремальных условиях, например для ядерно-энергетических установок, для авиа- и кораблестроения, для электротехнических и специальных приложений.

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано для повышения физико-механических свойств металлов и сплавов. Производят нагружение нагретой заготовки с получением интенсивной пластической деформации при температурно-скоростных режимах, обеспечивающих развитие динамической рекристаллизации, измельчение вторичных фаз и создание мелкозернистой структуры.
Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к способам уменьшения сопротивления материала деформированию в процессе обработки. Осуществляют деформирование заготовки продавливанием ее пуансоном через каналы и подачу импульсного или постоянного тока к заготовке при одновременном действии ультразвуком.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки титановых сплавов. Способ измельчения размера зерна заготовки, содержащей сплав титана, включает бета-отжиг заготовки, охлаждение до температуры ниже температуры бета-перехода сплава титана и всестороннюю ковку заготовки.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей газотурбинного двигателя. Заготовку из титанового сплава подвергают равноканальному угловому прессованию, после чего пластически деформируют экструдированием.

Изобретение относится к металлургии, а именно к термомеханической обработке изделий из сплавов с памятью формы (СПФ) и наведению в них эффекта памяти формы (ЭПФ), в частности клипирующего устройства для создания гемостаза с возможностью восстановления кровотока в трубчатых эластичных структурах организма при проведении операций.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке высоколегированных псевдо-β титановых сплавов и изделий из них, и может быть использовано в авиационной технике.

Изобретение относится к получению интерметаллидного ортосплава на основе титана. Способ включает перемешивание порошков титана и ниобия с обеспечением механического легирования порошка титана порошком ниобия в течение 8-24 ч, затем проводят механическое перемешивание легированного ниобием порошка титана с порошком алюминия.

Изобретение относится к способам термической обработки изделий или заготовок из псевдо-β титановых сплавов путем закалки и холодной пластической деформации и может быть реализовано в металлургии, а также в машиностроении в производстве для изготовления конкретных изделий из них, в частности, пружин.

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.

Изобретение относится к получению изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама. Способ включает спекание порошка в печи при температуре в диапазоне от 1360 до 1550°C с получением изделия и его охлаждение.

Изобретение относится к способу нанесения защитного покрытия из слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6. Осуществляют одновременное напыление слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6 с помощью двух электродуговых испарителей с чередованием времени нанесения каждого слоя и количества напыляемого материала с каждого из катодов электродуговых испарителей в атмосфере инертного газа.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению листов из титанового сплава ОТ4, и может быть использовано для получения изделий сложной конфигурации глубокой вытяжкой и штамповкой. Способ изготовления листов из титанового сплава ОТ4 включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многоэтапную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет, прокатку листовых заготовок в листы в составе пакета и адъюстажные операции листов после пакетной прокатки. Слиток деформируют в сляб в два этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше температуры полиморфного превращения на 150-250°C с суммарной степенью деформации 30-80, а на втором этапе в -области в интервале температур ниже ТПП на 30-50°C с суммарной степенью деформации 20-50, многоэтапную прокатку сляба на подкат осуществляют последовательно в четыре этапа, при этом на первом этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 30-90, на втором этапе в -области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 15-40, на третьем этапе в β-области в интервале температур выше ТПП на 90-160°C с суммарной степенью деформации 15-25 и на четвертом этапе в -области в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70, разрезают подкат на листовые заготовки, собирают их в пакет, укладывают с обеспечением перпендикулярности предыдущей прокатки листовой заготовки к направлению последующей прокатки листовой заготовки и прокатывают пакет на готовый размер в интервале температур ниже ТПП на 30-70°C с суммарной степенью деформации 40-70. Полученные листы имеют высокие значения пластичности, низкую анизотропию механических свойств. 5 ил., 3 табл.

Наверх