Способ термомеханической обработки титановых сплавов

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике. Способ заключается в том, что термомеханическую обработку проводят в одиннадцать стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%, на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%, на третьей стадии - (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, 40-70%, на четвертой стадии - (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, 30-60%, на пятой стадии - (Т_пп+60÷Т_пп+150)°С, 40-60%, на шестой стадии - (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, 40-70%, на седьмой стадии - (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, 65-95%, на восьмой стадии - (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, 40-70%, на девятой стадии - (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, 20-50%; на десятой стадии - (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, 15-40%, на одиннадцатой стадии - (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, 2-5%, где Т_пп - температура полиморфного превращения. При этом от трех до семи деформаций, осуществляемых с третьей по десятую стадии, проводят с изменением направления деформации на 90°. Технический результат - повышение коэффициента вытяжки и коэффициента отбортовки, уменьшение рабочего радиуса гибки. 1 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления, например, обшивки, оболочек, емкостей, перегородок, днищ.

Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий:

- нагрев до температуры (1050-1200)°С (Т_пп+120÷Т_пп+270)°С, деформацию в процессе охлаждения до 850°С (Т_пп-80)°С;

- нагрев до температуры (880-1050)°С (Т_пп-50÷Т_пп+120)°С, охлаждение в процессе деформации до температуры 750°С (Т_пп-180)°С, где Т_пп=920°С (Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: ОНТИ ВИЛС, 1996 г., с.371).

Известен способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий нагрев в β-области выше температуры полиморфного превращения, деформацию в процессе охлаждения до температуры на (30-70)°С 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)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторную деформацию проводят со степенью (25-35)% при охлаждении до температуры на (100-130)°С ниже температуры полиморфного превращения, повторное охлаждение после деформации осуществляют до температуры на (180-280)°С 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)°С ниже температуры полиморфного превращения (а.с. СССР №1740487).

Недостатком известных способов является низкий уровень технологических характеристик титановых сплавов, обработанных данными способами.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является способ термомеханической обработки титановых сплавов, включающий многократные нагревы до температуры выше и ниже температуры полиморфного превращения и деформации в процессе охлаждения до температуры ниже температуры полиморфного превращения, в котором термомеханическую обработку проводят в шесть стадий, при этом на первых пяти 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-140÷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÷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 температуры (Т_пп-400÷Т_пп-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Т_пп - температура полиморфного превращения (патент РФ №2219280).

Титановые сплавы, обработанные данным способом, имеют пониженные технологические характеристики.

Технической задачей изобретения является повышение уровня технологических характеристик титановых сплавов: коэффициента вытяжки (К_выт), коэффициента отбортовки (К_отбр), рабочего радиуса гибки (r_раб, t=толщине листа).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ термомеханической обработки титановых сплавов, который осуществляют в одиннадцать стадий, при этом:

на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%;

на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+150)°С, деформацию со степенью 40-60%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%;

на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%, где Т_пп - температура полиморфного превращения;

при этом от трех до семи деформаций, осуществляемых с третьей по десятую стадии, проводят с изменением направления деформации на 90°.

На первой стадии идет интенсивная деформация, уменьшение дендритной и зональной ликвации, усреднение химического состава и измельчение β-зерна.

На последующих двух фазовых перекристаллизациях, заключающихся в деформации в α+β-области на второй стадии и нагреве в β-области на третьей стадии (первая перекристаллизация), а затем деформации в α+β-области на четвертой стадии и нагреве в β-области на пятой стадии (вторая перекристаллизация), достигается формирование однородной мелкозернистой β-структуры.

На шестой стадии проводится деформация при температуре α+β-области и создается мелкозернистая α+β-структура.

При деформации при высокой температуре на седьмой стадии, а затем при более низкой температуре после нагревов в α+β-области с восьмой по одиннадцатую стадии создают сверхмелкозернистую α+β-структуру.

Термомеханическая обработка в одиннадцать стадий обеспечивает получение структурно-фазового состояния сплавов, отличающихся высокими характеристиками штампуемости: коэффициенты вытяжки (К_выт), отбортовки (К_отбр) и угла гиба.

Предложенный способ термомеханической обработки обеспечивает создание однородной сверхмелкозернистой структуры, что позволяет повысить технологические свойства титановых сплавов.

Примеры осуществления

Были изготовлены образцы из титановых сплавов, например ВТ23 и ВТ43, обработанные предлагаемым способом и способом-прототипом, которые были подвергнуты механическим испытаниям.

Пример 1

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230)°С, деформацию со степенью 50%;

на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20)°С, деформацию со степенью 30%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60)°С, деформацию со степенью 40%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 30%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60)°С, деформацию со степенью 40%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-10)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 40%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 65%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформацию со степенью 40%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформацию со степенью 20%;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100)°С, деформацию со степенью 15%;

на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-150)°С, деформацию со степенью 2%.

Пример 2

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 90%;

на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 60%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Т_пп+160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+150)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 70%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+200)°С, деформацию со степенью 95%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 50%;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 40%;

на одиннадцатой - нагрев до температуры (Т_пп-190)°С, деформацию со степенью 5%.

Пример 3

На первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+250)°С, деформацию со степенью 70%;

на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-30)°С, деформацию со степенью 40%;

на третьей стадии - нагрев до температуры (Т_пп+110)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 60%;

на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-30)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 40%;

на пятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+110)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 50%;

на шестой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-25)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 55%;

на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+100)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 70%;

на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 55%;

на девятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформацию с изменением направления деформации на 90° со степенью 35%;

на десятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-130)°С, деформацию со степенью 30%;

на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-170)°С, деформацию со степенью 3%.

В таблице представлены механические свойства титановых сплавов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу.

Предлагаемый способ термомеханической обработки титановых сплавов позволит повысить технологические характеристики: коэффициента вытяжки (К_выт) на 30%, коэффициента отбортовки (К_отбр) на 25% и уменьшить рабочий радиус гибки (r_раб в толщинах листа t) на 40-50%.

Использование предлагаемого способа термомеханической обработки позволит повысить надежность изготавливаемых деталей.

Таблица
Способ	Механические свойства
	Квыт	Котбр	Угол гиба на 90° при r в толщинах листа (t)
ВТ23*	ВТ43**	ВТ23	ВТ43	ВТ23	BT43
1	1,98	1,82	1,83	1,77	3t	4t
2	1,97	1,84	1,81	1,75	3t	4t
3	1,95	1,87	1,78	1,74	3t	4t
Прототип	1,5	1,45	1,4	1,35	5t	6t
* - ВТ23: Тпп=900°С
** - ВТ43: Тпп=910°С

Способ термомеханической обработки титановых сплавов, отличающийся тем, что термомеханическую обработку проводят в одиннадцать стадий, при этом
на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Т_пп+230÷Т_пп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%;
на второй стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
на третьей стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-20÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
на пятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп+60÷Т_пп+150)°С, деформацию со степенью 40-60%;
на шестой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-10÷Т_пп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-40÷Т_пп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%;
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на девятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%;
на десятой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-100÷Т_пп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%;
на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Т_пп-150÷Т_пп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%, где Т_пп - температура полиморфного превращения; при этом от трех до семи деформаций, осуществляемых с третьей по десятую стадии, проводят с изменением направления деформации на 90°.