Способ изготовления промежуточной заготовки из (альфа+бета)- титановых сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении промежуточных заготовок из титановых сплавов методом горячего деформирования. Способ включает операцию деформирования слитка при температурах β-области и комбинированные операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей. На стадии окончательного деформирования при температуре (α+β)-области по крайней мере одну ковочную операцию выполняют после нагрева заготовки до температуры на 50-80°С ниже температуры полиморфного превращения сплава (Тпп). При этом заготовку по крайней мере один раз охлаждают в воде. Перед деформированием на окончательный размер заготовку нагревают до температуры на 20-40, ниже Тпп в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы. Полученную структуру фиксируют охлаждением в воде, после чего заготовку вновь нагревают до температуры на 20-40°С ниже Тпп и окончательно деформируют. В результате обеспечивается получение заготовки с однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой и снижение уровня структурных шумов при ультразвуковом контроле обточенной заготовки. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам изготовления промежуточных заготовок из титановых сплавов методом горячей деформации.

Известен способ производства промежуточных заготовок из (α+β)-сплавов титана методом ковки на прессах по схеме, включающей горячую деформацию слитков после нагрева в интервале температур β-области 1050-1300°С, деформацию после подогрева при более низких температурах β-области (1000-1130°С) и комбинированные операции (α+β)- и β-деформации, причем нагрев перед (α+β)-деформацией выполняется при температурах на 20-40°С ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) сплава (Титановые сплавы. Александров В.К., Аношкин Н.Ф. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.: ВИЛС, 1996, с.184-185, 189).

Применение такой специальной многоступенчатой схемы способствует развитию рекристаллизации и измельчению пластинчатой структуры, что обеспечивает получение матовой макроструктуры 4-6 балла и микроструктуры 3-5 типа. Однако для ряда изделий ответственного применения предъявляются более высокие требования к микроструктуре заготовок. На решение этой задачи и направлено заявляемое изобретение.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении данного изобретения, является получение заготовки с однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой и снижение уровня структурных шумов при ультразвуковом контроле обточенной заготовки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающем операцию деформирования слитка при температурах β-области и комбинированные операции деформирования заготовки в (α+β)- и β-областях, согласно изобретению на стадии окончательного деформирования в (α+β)-области по крайней мере одну ковочную операцию выполняют после нагрева заготовки до температуры на 50-80°С ниже температуры полиморфного превращения сплава, при этом заготовку, по крайней мере один раз, охлаждают в воде, а перед деформированием на окончательный размер заготовку нагревают до температуры на 20-40°С ниже температуры полиморфного превращения сплава в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы, и фиксируют полученную структуру охлаждением в воде, после чего заготовку вновь нагревают до температуры на 20-40°С ниже Тпп и окончательно деформируют.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Последовательное деформирование в β-, (α+β)-, β-областях обеспечивает значительное измельчение исходной грубой макроструктуры слитка. При деформации слитка в β-области с уковом не менее 2,5 крупнозернистая структура слитка сохраняется, при этом формируется лишь каркас повышенной технологической пластичности, придающий материалу способность воспринимать последующую деформацию в (α+β)-области, не разрушаясь.

В процессе деформации в (α+β)-области (деформационный наклеп) с уковом не менее 1,25 происходит одновременно изменение β-зерен и α-пластин. Они сплющиваются, вытягиваются вдоль направления течения металла, дробятся. Плотность дефектов структуры как α-фазы, так и β-фазы растет. После деформации в (α+β)-области при последующем нагреве до температур β-области образуется намного больше рекристаллизованных β-зерен, чем при β-деформации. При этом к моменту достижения температур β-области β-зерна имеют мелкие размеры и равноосную форму. Для повышения пластичности металла при дальнейшей обработке в (α+β)-области деформирование в β-области должно проводиться с уковом не менее 1,1. При температурах β-области в случае длительного времени нагрева и медленной скорости охлаждения происходит рост зерна (собирательная рекристаллизация). Для фиксации структуры после завершения первичной рекристаллизации используется быстрое охлаждение (в воде или паровоздушной смеси).

Для получения однородной глобулярно-пластинчатой микроструктуры без признаков границ β-зерна проводят деформирование заготовки в (α+β)-области с суммарным уковом, превышающим 2,5.

Охлаждение по крайней мере один раз заготовки в воде на стадии окончательной (α+β)-деформации предотвращает чрезмерное укрупнение отдельных элементов структуры.

Проведение по крайней мере одной ковочной операции после нагрева заготовки при температурах на 50-80°С ниже Тпп за счет увеличения количества деформируемой α-фазы способствует формированию микроструктуры, более склонной к прохождению процессов глобуляризации α-фазы в процессе последующей обработки заготовки при температурах на 20-40°С ниже температуры полиморфного превращения сплава в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы. Последующее охлаждение в воде обеспечивает фиксацию полученной структуры.

Применение технологической схемы, описанной в заявляемом изобретении, обеспечивает получение заготовки с однородной глобулярно-пластинчатой микроструктурой 2-4 типа.

Пример реализации способа.

Слиток диаметром 740 мм из титанового сплава Ti6A14V с температурой полиморфного превращения 990°С нагревали до температуры 1200°С, проводили всестороннюю ковку слитка путем двухкратной осадки-протяжки со степенью деформации 15-30% за операцию. После этого осуществляли нагрев заготовки до температуры 1100°С. Проводили всестороннюю ковку (однократная осадка-протяжка) со степенью деформации 30% за операцию. Охлаждали на воздухе до температуры цеха.

Далее осуществляли нагрев до температуры 950°С (на 40°С ниже Тпп). Деформирование при этом вели со степенью деформации 15-30% за один переход (провели одну всестороннюю ковку и одну протяжку). Затем осуществили протяжку заготовки после нагрева до температуры 1060°С. При нагреве проходит рекристаллизация, приводящая к дополнительному измельчению и выравниванию зерен.

Далее выполняли нагрев до температуры 950°С (на 40°С ниже Тпп). Деформирование осуществляли со степенью деформации 15-30% за один переход (провели одну всестороннюю ковку и две протяжки). После второй протяжки заготовку охладили в воде. Затем произвели нагрев до температуры 940°С (на 50°С ниже Тпп), две протяжки со степенью деформации 20-35% за один переход и охлаждение заготовки в воде.

Далее выполняли нагрев заготовки до температуры 955°С (на 35°С ниже Тпп) в течение 6,0 часов, после чего заготовку обязательно охлаждали в воде. Затем заготовку нагрели до температуры 950°С, осуществили протяжку на конечный диаметр 275 мм, после чего провели правку и охлаждение заготовки в воде.

Откованную заготовку обточили на диаметр 254 мм и подвергли ультразвуковому контролю (диаметр плоскодонного отражателя 1,2 мм).

Заявленный способ по сравнению с известным обеспечивает получение более однородной глобулярно-пластинчатой микроструктуры (микроструктура 2-4 типа по заявленному способу, в то время как по известному способу - микроструктура 3-5 типа) и снижение уровня структурных шумов при ультразвуковом контроле обточенной заготовки.

Достижение технического результата наглядно подтверждается чертежом, на котором приведена микроструктура 2-4 типа (X100) заготовки диаметром 254 мм титанового сплава Ti6A14V, изготовленной заявленным способом.

Способ изготовления промежуточной заготовки из (α+β)-титановых сплавов, включающий операцию деформирования слитка при температурах β-области и комбинированные операции деформирования заготовки при температурах (α+β)- и β-областей, отличающийся тем, что на стадии окончательного деформирования при температуре в (α+β)-области по крайней мере одну ковочную операцию выполняют после нагрева заготовки до температуры на 50-80°С ниже температуры полиморфного превращения сплава (Тпп), при этом заготовку по крайней мере один раз охлаждают в воде, а перед деформированием на окончательный размер заготовку нагревают до температуры на 20-40° ниже Тпп в течение времени, обеспечивающего прохождение глобуляризации α-фазы, и фиксируют полученную структуру охлаждением в воде, после чего заготовку вновь нагревают до температуры на 20-40°С ниже Тпп и окончательно деформируют.