Способ изготовления листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении листов или фольги. Цель изобретения - повышение комплекса механических и технологических свойств. Заготовку из двухфазного титанового сплава, прошедшего обработку в β- и (α+β) - области прокатывают при температуре начала деформации на 400-550 ^oС ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10^-4 - 10^-2c^-1 и степенью деформации 5-15%, отжигают при температуре на 400- 550 ^oС ниже температуры полиморфного превращения в течение 10-30 мин и повторяют этот цикл обработки до достижения суммарной степени деформации 75-95%. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке ( α+β )-титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении листов или фольги.

Известен способ изготовления листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, заключающийся в том, что заготовку, прошедшую предварительную ковку сляба и горячую прокатку при температурах β-области и отжиг в интервале температур на 100^оС выше или ниже полиморфного превращения и деформацию в ( α+β )-области, подвергают холодной деформации с последующей термообработкой по режиму нагрев до температуры на 40^оС выше или на 50^оС ниже полиморфного превращения, охлаждение с последующим нагревом до температуры на 150-400^оС ниже полиморфного превращения. Способ позволяет получать фольгу, но только из тонких листов материала с выходом годного 62-64% получать равномерную структуру с размером зерна порядка 3-4 балла. Величина временного сопротивления листа из сплава ВТ23 достигает 128 кгс/мм² при пластичности до 14% Недостаток способа относительно низкие механические и технологические показатели.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления листов из двухфазных титановых сплавов, заключающийся в термомеханической обработке сплава в β- и ( α+β )-области и характеризующийся тем, что каждую стадию обработки проводят после охлаждения заготовки до комнатной температуры с увеличением скорости нагрева до температуры для каждой последующей стадии, которую снижают от стадии к стадии, снижая при этом и степень деформации. Способ предусматривает 6 стадий обработки. Если нагрев для первой стадии деформации ведут со скоростью 1-10^оС/м и деформируют при температуре на 50-130^оС выше температуры полиморфного превращения со степенью 85-98% то для последней скорость нагрева составляет 70-150^оС, а деформацию проводят при температуре на 470-670^оС ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 1-3% Отсутствие описаний на скорости деформаций свидетельствует об использовании традиционных скоростей прокатки (10^-1 1 с^-1). Способ позволяет изготавливать листы толщиной 4-8 мм из сплава ВТ6С, температура полиморфного превращения которого составляет 970^оС. Изготовленные листы имеют конструкционную прочность 120-125 кгс/мм², технологическую пластичность (радиус гибки R в толщинах листа) 2-3, коэффициент вытяжки 1,4-1,6 и малоцикловую усталость при σ_max=80 кгс/мм², равную 2000-2500 циклов.

Цель изобретения повышение механических и технологических свойств.

Поставленная цель достигается способом, заключающимся в том, что заготовку из двухфазного титанового сплава, прошедшего обработку в β и ( α+β )-области, прокатывают при температуре начала деформации на 400-550^оС ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10^-4-10^-2 с^-1 и степенью деформации 5-15% отжигают при температуре на 400-550^оС ниже температуры полиморфного превращения в течение 10-30 мин и повторяют этот цикл обработки до достижения суммарной степени деформации 75-95% Предложенным способом можно обрабатывать такие сплавы как ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТЗ-1, ВТ14, ВТ23.

Заготовку для подготовки структуры материала подвергают обработке в β и ( α+β )-области, которая может быть проведена или путем термической обработки с последующим охлаждением или с дополнительной дробной деформацией.

Существенными отличительными признаками способа являются режимы прокатки заготовки, прошедшей предварительную подготовку структуры, режимы отжига после стадии прокатки и суммарная степень деформации.

Известно использование температур в процессе деформации на 400-500^оС ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 4-6% Заготовка предварительно прошла обработку в β и ( α+β )-области. Такая обработка позволяет при обработке труб из сплава ОТ4 повысить предел истинной прочности до 110 кгс/мм², относительное удлинение до 25% условный коэффициент интенсивности напряжений до 1400 кгс/мм².

Известно использование в процессе деформации со степенью 2-15% температур от 230-250^оС ниже температуры полиморфного превращения до 450-550^оС ниже температуры полиморфного превращения. Этот режим был использован как один из этапов подготовки структуры сплава ВТ-14 для повышения конструкционной прочности листа при изготовлении панели.

Известно использование чередования процессов деформации с термообработкой перед обработкой титанового сплава в двухфазной области. Этот цикл включает в себя холодную деформацию со степенью 20-25% последующий нагрев до температуры на 250-330^оС ниже температуры полиморфного превращения, выдержку в течение 30-90 мин и охлаждение. Эта многоцикловая обработка в системе с дальнейшей обработкой позволяет повысить механические свойства материала. Однако только заявляемая взаимосвязь последовательности и режимов обработки позволяет добиться достижения поставленной цели, получить листовые полуфабрикаты с высоким комплексом механических и технологических свойств.

При температуре прокатки ниже Т_пл 550^оС формируется нерекристаллизованная микроструктура, не наблюдается ее измельчение. При температуре выше Т_пл 400^оС формируется структура с размером зерен более 1 мкм, что ведет к снижению механических свойств. Нижний предел скорости деформирования 10^-4 с^-1 установлен по следующей причине. При скоростях ниже 10^-4 с^-1 существенно возрастает длительность обработки и при этом происходит некоторое увеличение размера зерен. При скоростях выше 10^-4 с^-1 увеличивается неоднородность структуры по сечению листов, снижается технологическая пластичность сплава.

При степени деформации менее 5% за проход не происходит существенного измельчения микроструктуры. При степени деформации за проход более 15% и выдержке между проходами менее 10 мин на кромках листов начинают образовываться трещины. При выдержке между проходами более 30 мин не наблюдается дальнейшего измельчения микроструктуры, возрастает длительность технологического цикла.

Прокатка с суммарной степенью деформации менее 75% не приводит к повышению технологической пластичности. Деформация со степенью более 45% не приводит к дальнейшему измельчению микроструктуры.

П р и м е р. Для осуществления способ использовали двухфазных титановый сплав ВТ6 с температурой полиморфного превращения 980^оС. Исходную заготовку перед прокаткой нагревали до температуры 970^оС, выдерживали 20-30 мин и охлаждали со скоростью 20-100^оС /с.

Карточки с размерами 10 х 150 х 150 мм нагревали до температуры 530^оС в печи электросопротивления KS-300, а затем прокатывали на прокатном стане ДУО-200 со скоростью 10^-3 с^-1 и степенью деформации за один проход 10% Общее количество проходов было 8 и перед каждым проходом заготовки выдерживали при температуре 500^оС в течение 20 мин. Из полученных листов вырезали образцы вдоль и поперек направление прокатки и проводили микроструктурные исследования и механические испытания. Микроструктурные исследования проводили на оптическом микроскопе "NEOPUOT" и просвечивали на электронном микроскопе "JEM-200 EX". Механические испытания проводили на универсальном динамометре "INSTRON". Механические свойства были следующим: при Т=20^оС ри T=700°C Результаты при других режимах обработки представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа обработки обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: повышение технологической пластичности сплавов; повышение механических свойств полуфабрикатов и изделий; повышение выхода годного до 75-80% снижение температуры сверхпластической формовки и диффузионной сварки; снижение расходов на дорогостоящую оснастку.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий предварительную обработку в β и (α+β) области и прокатку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, отличающийся тем, что прокатку ведут при температуре начала деформации на 400 550^oС ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10⁴ 10^-2 с^-1 и степенью деформации 5 15% после чего дополнительно проводят отжиг при температуре на 400 550^oС ниже температуры полиморфного превращения в течение 10 30 мин и этот цикл обработки повторяют до достижения суммарной степени деформации 75 95%

РИСУНКИ

Рисунок 1