Способ обработки титана и его альфа- и псевдоальфа-сплавов (варианты)

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для повышения прочностных и эксплуатационных характеристик материалов из титана и его α и псевдо a-сплавов, использующихся в медицинской промышленности и авиационной технике. Способ согласно изобретению по первому варианту предусматривает следующие операции: нагрев в вакууме до температуры от 700^oC до A_сз с выдержкой 5-30 мин, насыщение водородом при 400-650^oC до концентрации водорода 0,12-2%, охлаждение до температуры ниже температуры эвтектоидного превращения и последующий вакуумный отжиг при 400-650^oC в течение 0,5-6 ч. По второму варианту способ осуществляется в следующей последовательности: нагрев в вакууме до температуры от 700^oC до A_сз с выдержкой 5-30 мин, насыщение водородом при 400-650^oC до концентрации водорода 0,12-2%, охлаждение до комнатной температуры, дополнительный нагрев в вакууме до 700^oC - A_сз в течение 5-30 мин и последующий вакуумный отжиг при 400-650^oC в течение 0,5-6 ч. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к материаловедению и технологии материалов, в частности к способу обработки титана и его α- и псевдо a-сплавов и может быть использовано в медицинской промышленности, авиационной технике и машиностроении.

Титан и его a- и псевдо a-сплавы не могут быть упрочнены обычными методами термической обработки, а применение упрочнения холодной пластической деформацией не всегда можно реализовать для полуфабрикатов и готовых изделий.

Известен способ обработки титановых сплавов, заключающийся в нагреве в вакууме до температуры 0,9 температуры полиморфного превращения сплава (A_сз) насыщении водородом с одновременным охлаждением от температуры 0,9 A_сз до 0,9 температуры полиморфного превращения наводороженного сплава ( a ) со скоростью не более 0,05 С/с, а далее со скоростью не менее 250^oC/с и последующем вакуумном отжиге (патент Российской федерации N 1788783, C 22 F 1/18, 1991).

Наиболее близким способом к предлагаемому является способ, включающий нагрев до температуры в интервале a, насыщении сплава водородом и последующем вакуумном отжиге (Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М. Наука, 1994, с. 264-267).

Однако такая обработка не позволяет достичь значительного упрочнения титана и его (A^н_сз) -и псевдо A_сз-A^y_сз-сплавов, т.к. при указанных температурах наводороживания происходит интенсивный рост α-зерна, а при последующем вакуумном отжиге формируется крупнопластинчатая рекристаллизованная a-фаза. Необходимость применения высоких температур наводороживания и вакуумного отжига в рассмотренных способах связан с торможением процесса насыщения и удаления водорода плотной окисной пленкой на поверхности образцов и изделий при температурах ниже 650^oC.

Задача изобретения разработка способа обработки, позволяющего повысить прочностные свойства титана и его b -и псевдо a -сплавов.

Задача решается тем, что способ обработки титана и его a -и псевдо a -сплавов по первому варианту предусматривает следующие операции: нагрев в вакууме до температуры от 700^oC до A_сз с выдержкой 5-30 мин насыщение водородом при 400-650^oC до концентрации водорода 0,12-2% охлаждение до температуры ниже температуры эвтектоидного превращения и последующий вакуумный отжиг при 400-650^oC в течение 0,5-6 ч. По второму варианту способ осуществляется в следующей последовательности: нагрев в вакууме до температуры от 700^oC до A_сз с выдержкой 5-30 мин насыщение водородом при 400-650^oC до концентрации водорода 0,12-2% охлаждение до комнатной температуры, дополнительный нагрев в вакууме до 700^oC A_сз в течение 5-30 мин и последующий вакуумный отжиг при 400-650^oC в течение 0,5-6 ч.

Технический эффект способа обусловлен тем, что наводороживание и вакуумный отжиг проводят при 400-650^oC, при которой не происходит интенсивного роста b -зерна и a -частиц. Охлаждение до температуры эвтектоидного превращения необходимо для протекания b → α+γ превращения, которое сопровождается значительным объемным эффектом (от 9 до 15% в зависимости от содержания водорода) и размерным несоответствием образующихся фаз. В результате этого образующаяся a -фаза сильно наклепана и диспергирована. При последующем вакуумном отжиге при температуре 400-650^oC в процессе удаления водорода превращение b → α также сопровождается фазовым наклепом и диспергацией структуры. В результате этого формируется мелкодисперсная структура a-фазы с высокой концентрацией дефектов кристаллического строения, обеспечивающая повышение прочностных свойств в титане и его a -и псевдо a -сплавах. Нагрев в вакууме до 700^oC до A_сз перед наводораживающим отжигом и до температур 700^oC до A^н_сз перед вакуумный отжигом необходим для растворения плотной окисной пленки, которая затрудняет поглощение и удаление водорода.

По предложенным способам обрабатывали титановые сплавы ВТ1-0 и ВТ5-1.

Пример 1. Заготовки сплава ВТ-1 диаметром 12 мм нагревали в вакууме при 700^oC-A_Сз (A_сз= 890^oC) в течение 5-30 мин затем охлаждали до 400-650^oC и проводили наводороживание заготовки при этой температуре до концентрации 0,12-2,0% (по массе). После этого заготовки охлаждали до температуры ниже температуры эвтектоидного превращения (температура эвтектоидного превращения составляет 300^oC), затем проводили вакуумный отжиг при 400-650^oC в течение 0,5-6 ч.

Пример 2. Заготовки сплава ВТ-5 диаметром 12 мм нагревали в вакууме при 700^oC A_сз(A_сз= 990^oC) в течение 5-30 мин, затем охлаждали до 400-650^oC и проводили наводороживание заготовок при это температуре до концентрации 0,12-2,0% (по массе). После этого заготовки охлаждали до комнатной температуры, т. е. вынимали из вакуумной системы. Затем нагревали в вакууме до - от 920 до 850^oC в зависимости от содержания водорода) в течение 5-30 мин, после чего охлаждали до 400-650^oC и проводили вакуумный отжиг в течение 0,5-6 ч.

Параллельно проводили обработку заготовок по способу прототипу. Результаты испытаний механических свойств приведены в табл. 1 и 2.

Формула изобретения

1. Способ обработки титана и его альфа- и псевдоальфа-сплавов, включающий насыщение водородом, охлаждение и последующий вакуумный отжиг, отличающийся тем, что перед насыщением водородом проводят нагрев в вакууме до температуры от 700^oС до Ас₃ с выдержкой 5 30 мин, насыщение водородом ведут при 400 650^oС до концентрации 0,12 2% охлаждение проводят до температуры ниже температуры эвтектоидного превращения, а вакуумный отжиг проводят при 400 650^oС в течение 0,5 6 ч.

2. Способ обработки титана и его альфа- и псевдоальфа-сплавов, включающий насыщение водородом, охлаждение и последующий вакуумный отжиг, отличающийся тем, что перед насыщением водородом проводят нагрев в вакууме до температуры от 700^oС до Ас₃ с выдержкой 5 30 мин, насыщение водородом ведут при 400 650^oС до концентрации 0,12 2% охлаждение проводят до комнатной температуры, после чего перед вакуумным отжигом проводят дополнительный нагрев в вакууме до 700^oС Ас₃ в течение 5 30 мин, а вакуумный отжиг проводят при 400 650^oС в течение 0,5 6 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1