Способ штамповки заготовок из титановых сплавов

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в авиационной промышленности при штамповке заготовок из титановых сплавов, преимущественно лопаток. Заготовку штампуют по меньшей мере за два перехода предварительной штамповки, после чего производят окончательную штамповку. Под каждый переход предварительной штамповки заготовку нагревают до температуры выше температуры начала полиморфного превращения. После каждого перехода предварительной штамповки заготовку охлаждают до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения. Окончательную штамповку производят в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения. В результате обеспечивается повышение прочностных характеристик изделия за счет получения оптимальной структуры материала.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам штамповки заготовок, преимущественно типа лопаток, из титановых сплавов и может быть использовано в авиационной промышленности.

Известен способ штамповки заготовок, включающий нагрев заготовки, ее штамповку и охлаждение за несколько переходов (см. авторское свидетельство СССР №660770, Кл. В 21 К 3/04, опубл.05.05.79).

Однако данный способ не позволяет получить необходимую макро- и микроструктуру в заготовке, что отрицательно сказывается на качестве получаемых изделий.

Задача изобретения - повышение прочностных характеристик изделия путем получения оптимальной структуры заготовки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе штамповки заготовки из титановых сплавов, включающем, по меньшей мере, два перехода предварительной штамповки и окончательную штамповку, нагрев заготовки под каждый переход штамповки и охлаждение ее после каждого перехода, согласно изобретению, нагрев заготовки под каждый переход предварительной штамповки осуществляют до температуры выше температуры начала полиморфного превращения, охлаждение заготовок после каждого перехода штамповки осуществляют до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения, а окончательную штамповку производят в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения.

Нагрев заготовки под каждый переход предварительной штамповки до температуры выше температуры начала полиморфного превращения обусловлен необходимостью достижения максимальной технологической пластичности сплава.

Охлаждение заготовок после каждого перехода штамповки до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения обусловлено необходимостью измельчения зерна не только деформацией, но и фазовым наклепом.

Окончательную штамповку производят в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения. Это обусловлено тем, что в этом интервале достигается эффект двойного измельчения зерна - пластической деформацией и фазовой перекристаллизацией.

Способ осуществляют следующим образом.

Круглую заготовку из титанового сплава под I переход - высадку - нагревают до температуры выше температуры начала полиморфного превращения, а при большой степени деформации (40-60%) выше температуры полного полиморфного превращения, после чего осуществляют высадку головки.

Под II переход - предварительную штамповку-заготовку сначала охлаждают до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения, а затем нагревают до температуры выше температуры начала полиморфного превращения (при больших степенях деформации 40-60% заготовку нагревают выше температуры полного полиморфного превращения). После нагрева осуществляют штамповку. После чего заготовку вновь охлаждают до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения.

Под III переход - окончательную штамповку - нагрев осуществляют в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения, после чего в этом же интервале температур осуществляют окончательную штамповку.

В случае калибровки заготовок нагрев и последнюю штамповку осуществляют также в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения, но ближе к температуре начала полиморфного превращения.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере лопатки компрессора высокого давления (КВД) из сплава ВТ 18-У.

Заготовку диаметром 18 мм и длиной 150 мм нагревают в печи до температуры 1050°С (температура начала полиморфного превращения - 970°С, температура полного полиморфного превращения - 1015°С). Затем осуществляют высадку головки диаметром 50 мм и высотой 20 мм под замок лопатки (деформация свыше 50%).

После высадки заготовку охлаждают до комнатной температуры 20°С (т.е. ниже температуры конца полиморфного превращения; температура конца полиморфного превращения 970°С).

Под первую, предварительную, штамповку также нагревают заготовку до температуры 1050°С. Осуществляют штамповку, после которой заготовку также охлаждают до температуры 20°С.

Окончательную штамповку заготовки осуществляют с нагрева в интервале температур от 1015 до 970°С (т.е. в интервале температур начала и полного полиморфного превращений).

Таким образом, данный способ можно назвать способом термоцикломеханической штамповки заготовок.

Многократное термоциклирование и совмещение операций деформирования, фазовой перекристаллизации и рекристаллизации позволяет получить оптимальную макро- и микроструктуру в штамповке с высоким комплексом физико-механических свойств.

Формула изобретения

Способ штамповки заготовки из титановых сплавов, включающий по меньшей мере два перехода предварительной штамповки и окончательную штамповку, нагрев заготовки под каждый переход штамповки и охлаждение ее после каждого перехода, отличающийся тем, что нагрев заготовки под каждый переход предварительной штамповки осуществляют до температуры выше температуры начала полиморфного превращения, охлаждение заготовки после каждого перехода предварительной штамповки осуществляют до температуры ниже температуры конца полиморфного превращения, а окончательную штамповку производят в интервале температур начала полиморфного превращения и полного полиморфного превращения.