Способ получения полуфабрикатов из титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению полуфабрикатов из титановых сплавов, легированных элементами, образующими интерметаллические соединения с титаном, например, кремнием, углеродом, бором, редкоземельными элементами. Способ включает изготовление порошка из расплава охлаждением, получение заготовки методом горячего изостатического прессования, горячую деформацию, термообработку, при этом перед горячим изостатическим прессованием проводят дегазацию порошка, включающую выдержку порошка в вакууме при остаточном давлении не выше 1 Па в течение 1-2 ч при комнатной температуре, последующий нагрев до температуры 150-180^o С и выдержку в течение 0,5-2,5 ч при давлении не выше 1 Па, а горячую деформацию заготовки проводят при температуре ниже температуры полиморфного превращения на 10-70^oС со скоростью деформирования 0,01-0,8 м/с в один и более переходов с суммарным уковом 3-30. Термообработку проводят в 3 ступени: на 1-й ступени температуру поднимают от комнатной до 870-920^oС и выдерживают 2-5 ч; на 2-й ступени температуру понижают до 790-830^oС и выдерживают 2-5 ч, затем охлаждают до комнатной; на 3-й ступени температуру поднимают от комнатной до 570-650^oС и выдерживают 6-10 ч, затем охлаждают до комнатной. Изобретение позволяет повысить уровень механических свойств и характеристик работоспособности, а также снизить содержание кислорода в полуфабрикатах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению полуфабрикатов из титановых сплавов, легированных элементами, образующими интерметаллические соединения с титаном, например, кремнием, углеродом, бором, редкоземельными элементами.

Известен способ получения полуфабрикатов, заключающийся в изготовлении слитка методом электродуговой или гарнисажной плавки с последующей горячей деформацией и термической обработкой конечного полуфабриката [1, 2].

Недостатком этого способа является нестабильность уровня механических свойств.

Наиболее близким по технической сущности является способ, который заключается в изготовлении порошка распылением расплава, горячем изостатическом прессовании полученного порошка в газостате по ступенчатому режиму с последующей горячей деформацией и термической обработкой полуфабрикатов [3].

Недостатками этого способа являются недостаточно высокий уровень механических свойств и характеристик работоспособности, а также повышенное содержание кислорода в полуфабрикатах.

Технической задачей изобретения является повышение уровня механических свойств, характеристик работоспособности, а также снижение содержания кислорода в полуфабрикатах.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения полуфабрикатов из титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением, включающий изготовление порошка из расплава охлаждением, получение заготовки методом горячего изостатического прессования, горячую деформацию, термообработку, в котором перед горячим изостатическим прессованием проводят дегазацию порошка, включающую выдержку порошка в вакууме при остаточном давлении не выше 1 Па в течение 1-2 ч при комнатной температуре, последующий нагрев до температуры 150-180^oС и выдержку в течение 0,5-2,5 ч при давлении не выше 1 Па, а горячую деформацию заготовки проводят при температуре ниже температуры полиморфного превращения на 10-70^oС со скоростью деформирования 0,01-0,8 м/с в один и более переходов с суммарным уковом 3-30.

Термообработку проводят в 3 ступени: на 1-й ступени температуру поднимают от комнатной до 870-920^oС и выдерживают 2-5 ч; на 2-й ступени температуру понижают до 790-830^oС и выдерживают 2-5 ч, затем охлаждают до комнатной; на 3-й ступени температуру поднимают от комнатной до 570-650^oС и выдерживают 6-10 ч, затем охлаждают до комнатной.

Процесс позволяет ограничить содержание кислорода в полуфабрикатах на уровне ≤0,12 мас.%, а также регламентировать кинетику выделения и роста частиц интерметаллидов, т. е. не происходит огрубления выделений упрочняющих фаз.

Предлагаемый способ включает следующие операции: - получение порошка охлаждением из расплава со скоростью охлаждения 10³-5х10^{4 o}С/с; - дегазация порошка; - компактирование методом горячего изостатического прессования (ГИП) в газостате; - горячая деформация; - термическая обработка.

Примеры осуществления.

Образцы из сплава ВТ22, дополнительно легированного углеродом, бором, кремнием и неодимом, т.е. сплава с интерметаллидным упрочнением (температура полиморфного превращения сплава, Т_пп=930^oС) в виде прутков, например ⊘25 мм, исследовались на уровень механических свойств, характеристик работоспособности и содержания кислорода в получаемых полуфабрикатах.

Пример 1.

Дегазация порошка: выдержка при комнатной температуре в течение 1ч при давлении 0,5 Па, нагрев до 150^oС, выдержка 0,5 ч при давлении 0,5 Па.

Нагрев под деформацию при температуре 920^oС (Т_пп-10^oС), деформирование со скоростью 0,01 м/с с суммарным уковом 3.

Термическая обработка: нагрев до температуры 920^oС, выдержка 2 ч, охлаждение до температуры 830^oС, выдержка 2 ч, охлаждение до комнатной. Нагрев до температуры 650^oС, выдержка 6 ч, охлаждение до комнатной.

Пример 2.

Дегазация порошка: выдержка при комнатной температуре в течение 1,5 ч при давлении 0,8 Па, нагрев до 160^oС, выдержка 1,5 ч при давлении 0,8 Па.

Нагрев под деформацию при температуре 890^oС (Т_пп-40^oС), деформирование со скоростью 0,4 м/с с суммарным уковом 16.

Термическая обработка: нагрев до температуры 890^oС, выдержка 3 ч, охлаждение до температуры 810^oС, выдержка 3 ч, охлаждение до комнатной. Нагрев до температуры 600^oС, выдержка 8 ч, охлаждение до комнатной.

Пример 3.

Дегазация порошка: выдержка при комнатной температуре в течение 2 ч при давлении 1 Па, нагрев до 180^oС, выдержка 2,5 ч при давлении 1 Па.

Нагрев под деформацию при температуре 860^oC (Т_пп-70^oС), деформирование со скоростью 0,8 м/с с суммарным уковом 30.

Термическая обработка: нагрев до температуры 870^oС, выдержка 5 ч, охлаждение до температуры 790^oС, выдержка 5 ч, охлаждение до комнатной. Нагрев до температуры 570^oС, выдержка 10 ч, охлаждение до комнатной.

Пример 4.

Прототип.

Подтверждение уровня механических свойств, характеристик работоспособности и содержания кислорода в получаемых полуфабрикатах приведено в таблице.

Результаты, приведенные в таблице, свидетельствуют, что предложенный способ получения полуфабрикатов из титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением обеспечивает повышение - пластичности при комнатной температуре на 25-36%;
- циклической прочности (МЦУ) на 7-22%;
- модуля нормальной упругости при повышенной температуре (450^oС) на 4,5-20%;
- кратковременной прочности при 450^oС на 4,5-7%.

Применение предложенного способа получения полуфабрикатов из титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением позволит повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий на 10-15%, а также снизить их вес на 15-25%.

Источники информации
1. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1978, с.265-318.

2. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1979, с.289-314, 348-383.

3. Моисеев В. Н. , Сысоева Н.В., Полякова И.Г. Влияние дополнительного легирования углеродом и бором на структуру и механические свойства сплава ВТ22. - М.: МиТОМ, 3, 1998, с.18-22.

Формула изобретения

1. Способ получения полуфабрикатов из титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением, включающий изготовление порошка из расплава охлаждением, получение заготовки методом горячего изостатического прессования, горячую деформацию, термообработку, отличающийся тем, что перед горячим изостатическим прессованием проводят дегазацию порошка, включающую выдержку порошка в вакууме при остаточном давлении не выше 1 Па в течение 1-2 ч при комнатной температуре, последующий нагрев до температуры 150-180^oС и выдержку в течение 0,5-2,5 ч при давлении не выше 1 Па, а горячую деформацию заготовки проводят при температуре ниже температуры полиморфного превращения на 10-70^oС со скоростью деформирования 0,01-0,8 м/с в один и более переходов с суммарным уковом 3-30.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку проводят в 3 ступени, при этом на 1-й ступени температуру поднимают от комнатной до 870-920^oС и выдерживают 2-5 ч; на 2-й ступени температуру понижают до 790-830^oС и выдерживают 2-5 ч, затем охлаждают до комнатной; на 3-й ступени температуру поднимают от комнатной до 570-650^oС и выдерживают 6-10 ч, затем охлаждают до комнатной.

РИСУНКИ

Рисунок 1