Способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов
Владельцы патента RU 2285738:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов путем термомеханической обработки, сопровождающейся изменением механических свойств материала. Предложен способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух. После интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2. Технический результат - повышение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов (предела прочности, предела текучести, предела выносливости) при сохранении удовлетворительной пластичности. 1 табл.
Изобретение относится к термомеханической обработке с изменением механических свойств материала и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов.
Известны способы обработки двухфазных титановых сплавов с целью повышения их прочностных характеристик.
Например, способ деформирования заготовок в пересекающихся горизонтальном и вертикальном каналах (см. В.М.Сегал, В.И.Копылов, В.И.Резников "Процессы пластического структурообразования металлов", Минск: Навука и тэхника, 1994, с.26) позволяет упрочнять металл за счет интенсивной сдвиговой деформации.
Известен способ обработки заготовок, включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся горизонтальном и вертикальном каналах с подпором в последнем, который осуществляется на начальной и окончательной стадиях процесса деформирования (патент РФ N 2139164, МПК В 21 J 5/00, опубл. 10.10.1999 г.).
Известен способ деформирования заготовок в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С (Ко У.Г., Джанг B.C., Шин Д.Х., Ли С.С. Влияние температуры и исходной микроструктуры на равноканальное угловое прессование сплава Ti-6Al-4V. Скрипта материалиа, №48, 2003, с.197-202).
Известные способы не позволяют получать требуемые прочностные характеристики, включая показатели усталости.
Наиболее близким к предложенному является способ деформирования заготовок в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С (Яписи Г.Г., Караман И., Луо З.П., Рек Г. Микроструктура и механические свойства порошкового сплава Ti-6Al-4V интенсивно деформированного с использованием равноканального углового прессования. Скрипта материалиа, №49, 2003, с.1021-1027).
Данный способ позволяет повысить уровень прочностных характеристик обрабатываемого материала, но недостаточен для использования в ответственных конструкциях.
Изобретение направлено на повышение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов при сохранении пластичности, в том числе в массивных заготовках.
Поставленная задача достигается способом получения ультрамелкозернистых заготовок, включающим интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации е≥2. В отличие от прототипа после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование в несколько циклов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2.
Экструдирование, используемое после интенсивной пластической деформации в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах, позволяет создать схему деформации, близкую к условиям всестороннего сжатия, что и обеспечивает условия повышенной деформируемости таких труднодеформируемых материалов, как двухфазные титановые сплавы. Например, такие процессы как волочение или прокатка при тех же температурно-временных условиях и степенях деформации не могут обеспечить высокой деформируемости материалов в силу реализации менее благоприятных для ее повышения схем деформации. В связи с этим сочетание интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах и экструдирование в указанных режимах обеспечивает дополнительное измельчение структуры в заготовках, что приводит к повышению прочностных характеристик при сохранении пластичности.
Способ осуществляют следующим образом.
Заготовку из двухфазного титанового сплава в виде прутка подвергают интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах. Деформацию проводят при температуре 600°С в несколько последовательных проходов, между которыми пруток вращают вокруг продольной оси на 90°. Количество проходов определяется достижением накопленной логарифмической степени деформации е≥2.
После деформации в пересекающихся каналах заготовка подвергается правке, обработке на токарном станке для снятия дефектного слоя.
На следующем этапе заготовку подвергают экструдированию в несколько циклов с постепенным уменьшением диаметра и увеличением длины заготовки с набором коэффициента вытяжки 1, 2. Температура экструдирования 300°С была определена опытным путем и является температурой, при которой в заготовках формируется ультрамелкозернистая структура, обеспечивающая комплекс свойств: высокие прочностные характеристики при сохранении пластичности. После окончания данного этапа проводят контроль механических свойств на растяжение при комнатной температуре и контроль микроструктуры.
Пример конкретного выполнения
Брали пруток из сплава Ti-6A1-4V диаметром 40 мм и длиной 120 мм. Пруток подвергали пластической деформации по описанному выше способу. Угол пересечения каналов Ф=120°. Температура деформации 600°С. Число последовательных проходов n=4. После правки и обработки на токарном станке диаметр заготовки составлял 36 мм.
На следующем этапе пруток подвергали экструдированию при температуре 300°С. Количество циклов экструдирования составило 6, в результате чего диаметр заготовки уменьшился с 36 до 20 мм, а длина заготовки увеличилась со 120 до 300 мм. Контроль механических свойств сплава на растяжение при комнатной температуре показал значения, приведенные в таблице 1. Для сравнения в таблице 1 приведены механические свойства сплава перед термомеханической обработкой по предлагаемому способу, а также свойства после обработки по известному способу-прототипу.
| Таблица 1 | |||
| Механические свойства сплава Ti-6Al-4V в различных состояниях | |||
| Механические свойства сплава | Состояние сплава | ||
| До обработки по предлагаемому способу | После обработки по способу - прототипу | После обработки по предлагаемому способу | |
| Предел прочности, МПа | 940 | 1284 | 1350 |
| Предел текучести, МПа | 840 | 1042 | 1300 |
| Относительное удлинение, % | 16 | 7 | 11 |
| Относительное сужение, % | 45 | 35 | 37 |
Таким образом, предложенный способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов позволяет существенно повысить прочностные характеристики обрабатываемого материала при сохранении удовлетворительной пластичности.
Способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов, включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух, отличающийся тем, что после интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2.
