Способ термомеханической обработки титановых сплавов

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиационной технике. Предложен способ, включающий многократный нагрев титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, выдержку и охлаждение, в котором термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют: нагрев до температуры (Т_пп+120÷Т_пп+270)^oС, деформацию со степенью 50-70% и температурой конца деформации (Т_пп-40÷Т_пп-100^oС); нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)^oС, деформацию со степенью 40-60% и температурой конца деформации (Т_пп-100÷Т_пп-180)^oС; нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)^oС, деформацию со степенью 10-30% и температурой конца деформации (Т_пп-140÷Т_пп-160)^oС; нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 40-60% и температурой конца деформации (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС; нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 30-70% и температурой конца деформации (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС; затем на шестой стадии проводят нагрев до (Т_пп-400÷Т_пп-500)^oС с выдержкой в течение 5-20 ч, где Т_пп - температура полиморфного превращения. Техническим результатом изобретения является повышение значений механических свойств титановых сплавов и изделий из них, предела прочности, предела текучести на 15-25%, характеристик трещиностойкости на 25-30%, снижение массы изделия на 15-25%, повышение полезной нагрузки летательных аппаратов и эксплуатационной надежности. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиационной технике.

Известен способ термомеханической обработки, применяемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов (температура полиморфного превращения Т_пп=920^oС), включающий: нагрев до температуры (1050-1200)^oС (Т_пп+120÷Т_пп+270)^oС; деформацию в процессе охлаждения до 850^oС (Т_пп-80)^oС; нагрев до (880-1050)^oС (Т_пп-50÷Т_пп+120)^oС, охлаждение в процессе деформации до температуры 750^oС (Т_пп-180)^oС [1].

Недостатком способа-аналога является низкий уровень механических свойств сплавов, термообработанных данным способом.

Наиболее близким по назначению и технической сущности (прототипом) является способ термомеханической обработки титановых сплавов, используемый при изготовлении полуфабрикатов и деталей, включающий нагрев в β-область выше температуры полиморфного превращения, деформацию в процессе охлаждения до температуры на 30-70^oС ниже температуры полиморфного превращения, охлаждение, повторный нагрев в двухфазной области, повторную деформацию в этой области в процессе охлаждения, повторное охлаждение, окончательный нагрев в двухфазную область, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что с целью повышения механических свойств деформацию проводят в β- и (α+β)-областях с одинаковой степенью 40-60%, повторный нагрев осуществляют до температуры на 20-40^oС ниже температуры полиморфного превращения, повторную деформацию проводят со степенью 25-35% при охлаждении до температуры на 100-130^oC ниже температуры полиморфного превращения, повторное охлаждение после деформации осуществляют до температуры на 180-280^oС ниже температуры полиморфного превращения, после чего дополнительно повторяют последний цикл нагрева и деформации в процессе охлаждения в тех же условиях, а охлаждение после деформации в этом цикле проводят до комнатной температуры, окончательный нагрев осуществляют до температуры на 100-300^oС ниже температуры полиморфного превращения [2].

Технической задачей изобретения является повышение уровня механических свойств полуфабрикатов из титановых сплавов: предела прочности σ_в, предела текучести σ_0,2, трещиностойкости K_1c.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки титановых сплавов и изделий из них, включающий многократные нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, выдержку и охлаждение. Термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти стадиях осуществляют: - нагрев до температуры (Т_пп+120÷Т_пп+270)^oС, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Т_пп-40÷Т_пп-100)^oС; - нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)^oС, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-100÷Т_пп-180)^oС; - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)^oС, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Т_пп-140÷Т_пп-160)^oС; - нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС; - нагрев до температуры (Т_пп+20÷Т_пп+50)^oС, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Т_пп-110÷Т_пп-130)^oС;
затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Т_пп-400÷Т_пп-500)^oС с выдержкой в течение 5-20 ч, где Т_пп - температура полиморфного превращения.

Авторами установлено, что способ, включающий две стадии деформации при температуре выше температуры полиморфного превращения, третью стадию при температуре ниже температуры полиморфного превращения, четвертую и пятую стадии при температуре выше температуры полиморфного превращения, а также регламентация степени деформации в процессе охлаждения до установленных температур, обеспечивают создание однородной нерекристаллизованной β-структуры. Последующее старение на шестой стадии обеспечивает однородный дисперсный распад метастабильных фаз, эффективное структурное упрочнение и получение высоких механических свойств.

Пример осуществления
Были изготовлены поковки из титанового сплава, например ВТ 23 и ВТ 22, по трем способам термомеханической обработки, входящим в заявленный способ, и исследованы механические свойства этих поковок (таблица):
1 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+120)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-40)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+60)^oС, деформация со степенью 40% и температурой конца деформации (Т_пп-100)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-20)^oС, деформация со степенью 10% и температурой конца деформации (Т_пп-140)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20)^oС, деформация со степенью 40% и температурой конца деформации (Т_пп-110)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+20)^oС, деформация со степенью 30% и температурой конца деформации (Т_пп-110)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-400)^oС, выдержка 5 ч.

2 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+270)^oС, деформация со степенью 70% и температурой конца деформации (Т_пп-100)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+160)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-180)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-40)^oС, деформация со степенью 30% и температурой конца деформации до (Т_пп-160)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+50)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+50)^oС, деформация со степенью 70% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-500)^oС, выдержка 20 ч.

3 пример:
- нагрев до температуры (Т_пп+200)^oС, деформация со степенью 60% и температурой конца деформации (Т_пп-60)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+100)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-130)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-30)^oС, деформация со степенью 15% и температурой конца деформации (Т_пп-150)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+40)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-120)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп+30)^oС, деформация со степенью 50% и температурой конца деформации (Т_пп-120)^oС;
- нагрев до температуры (Т_пп-450)^oС, выдержка 10 ч.

Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить однородность структуры и значения механических свойств изделия, полученного этим способом: предела прочности (σ_в) и предела текучести (σ_0,2) на 15-25% и характеристик трещиностойкости (K_1c) на 25-30%.

Применение предложенного способа термомеханической обработки позволит снизить массу изделий на 15-25%, повысить полезную нагрузку летательных аппаратов и повысить эксплуатационную надежность за счет высоких значений характеристики K_1c.

Литература.

1. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М., ОНТИ ВИЛС, 1996 г., с. 371.

2. Авторское свидетельство СССР 1740487 А1, 1992 г.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки титановых сплавов и изделий из них, включающий многократные нагрев изделий из титановых сплавов до температуры выше или ниже температуры полиморфного превращения и деформацию в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых стадиях осуществляют: нагрев до температуры (Т_пп+120-Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Т_пп-40-Т_пп-100)°С; нагрев до температуры (Т_пп+60-Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-100-Т_пп-180)°С; нагрев до температуры (Т_пп-20-Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Т_пп-40-Т_пп-160)°С; нагрев до температуры (Т_пп+20-Т_пп+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Т_пп-110-Т_пп-130)°С; нагрев до температуры (Т_пп+20-5-Т_пп+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Т_пп-110-Т_пп-130)°С; затем на шестой стадии проводят нагрев до (Т_пп-400-Т_пп-500°C) с выдержкой в течение 5-20 ч, где Т_пп - температура полиморфного превращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1