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 (Тпп+230÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%, на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%, на третьей стадии - (Тпп+60÷Тпп+160)°С, 40-70%, на четвертой стадии - (Тпп-20÷Тпп-40)°С, 30-60%, на пятой стадии - (Тпп+60÷Тпп+150)°С, 40-60%, на шестой стадии - (Тпп-10÷Тпп-40)°С, 40-70%, на седьмой стадии - (Тпп-40÷Тпп+200)°С, 65-95%, на восьмой стадии - (Тпп-100÷Тпп-160)°С, 40-70%, на девятой стадии - (Тпп-100÷Тпп-160)°С, 20-50%; на десятой стадии - (Тпп-100÷Тпп-160)°С, 15-40%, на одиннадцатой стадии - (Тпп-150÷Тпп-190)°С, 2-5%, где Тпп - 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 (Тпп+120÷Тпп+270)°С, деформацию в процессе охлаждения до 850°С (Тпп-80)°С;

- нагрев до температуры (880-1050)°С (Тпп-50÷Тпп+120)°С, охлаждение в процессе деформации до температуры 750°С (Тпп-180)°С, где Тпп=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 (Тпп+120÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 50-70% при охлаждении до (Тпп-40÷Тпп-100)°С;

- нагрев до температуры (Тпп+60÷Тпп+160)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-100÷Тпп-180)°С;

- нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 10-30% при охлаждении до (Тпп-140÷Тпп-160)°С;

- нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 40-60% при охлаждении до (Тпп-110÷Тпп-130)°С;

- нагрев до температуры (Тпп+20÷Тпп+50)°С, деформацию со степенью 30-70% при охлаждении до (Тпп-110÷Тпп-130)°С;

затем на шестой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-400÷Тпп-500)°С с выдержкой в течение (5-20) ч, где Тпп - 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 (Квыт), коэффициента отбортовки (Котбр), рабочего радиуса гибки (rраб, 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 (Тпп+230÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Тпп-150÷Тпп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%, где Тпп - 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 (Квыт), отбортовки (Котбр) 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 (Тпп+230)°С, деформацию со степенью 50%;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пример 2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пример 3

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Тпп-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 (Квыт) на 30%, коэффициента отбортовки (Котбр) на 25% и уменьшить рабочий радиус гибки (rраб 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 (Тпп+230÷Тпп+270)°С, деформацию со степенью 50-90%;
на второй стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
на третьей стадии - нагрев до температуры (Тпп+60÷Тпп+160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 30-60%;
на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп+60÷Тпп+150)°С, деформацию со степенью 40-60%;
на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп-10÷Тпп-40)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-40÷Тпп+200)°С, деформацию со степенью 65-95%;
на восьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Тпп-160)°С, деформацию со степенью 40-70%;
на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Тпп-160)°С, деформацию со степенью 20-50%;
на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-100÷Тпп-160)°С, деформацию со степенью 15-40%;
на одиннадцатой стадии - нагрев до температуры (Тпп-150÷Тпп-190)°С, деформацию со степенью 2-5%, где Тпп - температура полиморфного превращения; при этом от трех до семи деформаций, осуществляемых с третьей по десятую стадии, проводят с изменением направления деформации на 90°.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике.
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в космической и ракетной технике для создания конструкций, работающих при повышенных температурах.

Изобретение относится к деформационной обработке сплавов с эффектом памяти формы на основе интерметаллического соединения TiNi для эффективного получения наноструктурных и ультрамелкозернистых полуфабрикатов в виде проволоки, листа, полосы и фольги тонкого и супертонкого сечения с сохранением или повышением служебных свойств и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.
Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы на основе интерметаллического соединения титан-никель и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.
Изобретение относится к деформационно-термической обработке титановых сплавов с целью формирования ультрамелкозернистой структуры. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления баллонов, корпусов, обтекателей, обшивки, оболочек, днищ.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для правки листового проката крип-отжигом, преимущественно крупногабаритных листов и плит из титановых сплавов.

Изобретение относится к области термообработки, в частности к газопоглотителям, служащим для очистки от кислорода в воздушной среде печи термообрабатываемых в ней материалов, изделий и соответственно предотвращающих их окисление.

Изобретение относится к производству плоских заготовок (листов и лент) из циркониевого сплава, применяемых, в частности, для изготовления элементов легководного реактора атомной электростанции.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения штамповок из титановых сплавов
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления пилонов двигателя и силовых конструкций носовых обтекателей ракет, эксплуатируемых в условиях повышенных температур
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для создания деталей и узлов шасси самолетов и стыковочных узлов ракет, работающих в условиях циклических нагрузок

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности при изготовлении изделий ответственного назначения для газотурбинных двигателей, газотурбинных установок и самолетных конструкций из титановых сплавов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу изготовления тонких листов из высокопрочного титанового сплава Ti-6Al-4V методом рулонной прокатки

Изобретение относится к способу изготовления особо тонких листов из высокопрочных титановых сплавов методом пакетной прокатки

Изобретение относится к области металлургии, в частности к прокатному производству, и предназначено для изготовления плоского профиля из циркониевых сплавов, используемого в качестве конструкционного материала в активных зонах атомных реакторов, в химической и нефтегазовой промышленности
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано, например, в авиационной промышленности при изготовлении деталей из титановых сплавов, преимущественно лопаток

Изобретение относится к области наноструктурных материалов с ультрамелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами, которые могут быть использованы для изготовления медицинских имплантатов

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

Наверх