Способ получения листов из титанового сплава ti-6al-4v

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу изготовления тонких листов из высокопрочного титанового сплава Ti-6Al-4V методом рулонной прокатки. Способ включает предварительную обработку слитка, резку листов и отделочные операции. Предварительную обработку слитка проводят последовательной ковкой или штамповкой слитка в β или в α+β областях с получением сляба. Сляб прокатывают в черновой и чистовой клетях с получением полосы и ее смоткой в рулон, с последующим травлением и отжигом. Затем проводят холодную прокатку полосы за несколько циклов до получения полосы заданной толщины и микроструктуры со смоткой ее в рулон с последующим отжигом и травлением. Технический результат - получение заданной микрокристаллической структуры, что обеспечивает высокий уровень прочностных и усталостных характеристик. 3 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу изготовления тонких листов из высокопрочного титанового сплава Ti-6Al-4V методом рулонной прокатки, которые могут быть использованы в приборостроении, аэрокосмической технике, а также в медицине.

Известен способ изготовления листовых полуфабрикатов из технического титана, включающий предварительную обработку заготовки, холодную прокатку и отжиг, при котором предварительную обработку ведут на структуру с субмикронным размером зерен, прокатку ведут за несколько проходов до получения полуфабриката заданной толщины или твердости, при этом отжиг осуществляют перед прокаткой и/или между проходами при температуре ниже температуры начала рекристаллизации

tнр, с уменьшением твердости на величину, компенсируемую при последующей прокатке (патент РФ №2224046, МПК C22F 1/18, публ. 2004.02.20).

Особенностью данного способа является то, что он специализирован для изготовления листовых полуфабрикатов из технического титана (а-сплавы), а также требует трудоемкую предварительную обработку для получения в заготовке под прокатку структуры с субмикронным размером зерен.

Известен способ изготовления тонких листов из высокопрочных титановых сплавов, в частности, из двухфазного титанового сплава Ti-6Al-4V, включающий операции подготовки заготовки и горячую деформацию пакета заготовок в оболочке, исходную заготовку с размером зерна α-фазы не более 2 мкм получают методом горячей прокатки кованого или штампованного сляба с относительной толщиной h3/hk=8,0-10,0, где h3 - толщина исходной заготовки перед пакетной прокаткой, мм, hk - конечная толщина готовых листов, мм, затем охлаждают со скоростью 200-400°С/мин, а последующую термомеханическую обработку проводят в квазиизотермических условиях методом горячей прокатки пакета заготовок, помещенных в стальной кейс, в продольном и поперечном направлениях с разворотом на 90°, причем изменение направления прокатки осуществляют при достижении суммарной степени деформации в одном направлении 60-70% (патент РФ №2250806, МПК F21B 1/83, публ. 2005.04.27) - прототип.

Предлагаемый способ позволяет на существующем промышленном оборудовании без капитальных дополнительных затрат изготавливать тонкие крупногабаритные листы с заданной микрокристаллической структурой и комплексом механических свойств.

Недостатком данного способа является значительное усложнение технологического процесса, обусловленное появлением трудоемких дополнительных технологических операций, связанных с подготовкой заготовки и горячей деформацией пакета заготовок в оболочке, и, как следствие этого, относительно низкий выход годного, высокие трудозатраты и затраты электроэнергии.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение качественного листового полуфабриката из высокопрочного титанового сплава марки Ti-6Al-4V с повышенным выходом годного при минимальных трудовых и энергетических затратах.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в приобретении изделиями, изготовленным методом рулонной холодной прокатки из вышеуказанного сплава, микроструктуры, которая обеспечивает им высокий уровень и однородность прочностных и усталостных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения листов из титанового сплава Ti-6Al-4V, включающем предварительную обработку слитка, резку листов и отделочные операции, при этом предварительную обработку слитка проводят последовательной ковкой или штамповкой слитка в β или в α+β областях с получением сляба, сляб прокатывают в черновой клети при температуре металла (Tпп+100)±10°C с суммарной степенью деформации 80-95% и в чистовой клети при температуре металла (Tпп+30)±10°C с суммарной степенью деформации 60-85% с получением полосы и ее смоткой в рулон, с последующим травлением и отжигом, затем проводят холодную прокатку полосы за несколько циклов до получения полосы заданной толщины и микроструктуры со смоткой ее в рулон с последующим отжигом и травлением, при этом в каждом цикле холодную прокатку ведут с суммарной степенью деформации 10-25%, отжиг проводят при температуре (Тпп 100…170)±10°C, а на последнем цикле отжиг осуществляют при температуре (Тпп 170…220)±10°C, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Суть предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Первая ковка слитка в сляб при температурах β, (α+β)-области разрушает литую структуру и позволяет предварительно подготовить микроструктуру (измельчить зерно) для последующей прокатки сляба в β-области.

Прокатка в β-области и последующий отжиг имеют цель - формирование структуры, в которой исходное β-зерно вытянуто вдоль направления прокатки, а его внутризеренная структура состоит из вторичных α-пластин. При этом вторая горячая прокатка в чистовой клети позволяет сформировать приемлемые геометрические размеры заготовки для последующей холодной прокатки. Термомеханические режимы горячей прокатки подобраны опытным путем.

Холодная прокатка с последующим отжигом при температуре (Тпп 100…220)±10°C за несколько циклов позволяет трансформировать грубую крупнозернистую пластинчатую структуру в мелкозернистую глобулярную, представляющую округлые частицы α-фазы размером 2-5 мкм в β-матрице. Холодная прокатка в рулоне производится с суммарной степенью деформации за одну прокатку 10-25%, что является необходимым для завершения преобразования крупнозернистой пластинчатой структуры в глобулярную мелкозернистую. При деформации выше 25% возможно образование трещин по краям заготовки. Последний отжиг производится при температуре (Тпп 170…220)±10°C с целью предотвращения роста зерен.

Изобретение иллюстрируется следующими материалами.

Фиг.1 - показана микроструктура заготовки после горячей прокатки в чистовой клети из титанового сплава Ti-6Al-4V.

Фиг.2 - микроструктура листов из титанового сплава Ti-6Al-4V, изготовленных методом рулонной прокатки.

Возможность осуществления изобретения поясняется примером изготовления листов из титанового сплава Ti-6Al-4V габаритами 1,524×914×2438, изготовленных методом рулонной холодной прокатки.

Сляб был изготовлен штамповкой слитка в β-области из сплава Ti-6Al-4V, размерами 270×1070×1600, Тпп=980°С.

В печи СРЗ 20.80 сляб нагрели на температуру 1080°С. На стане 2000 горячей прокатки (черновая клеть) сляб был выкатан на полосу толщиной 14 мм и длиной 30 м. После обрезки переднего и заднего конца полосу нагрели в проходной рольганговой газовой печи на температуру 1010°С и на чистовой клети стана 2000 (с моталками в печах) выкатали на толщину 4,0 мм и смотали в рулон, протравили и отожгли при температуре 850°С, далее рулон подвергли двойному травлению в агрегате непрерывного травления со съемом 0,1-0,15 мм.

Полученная микроструктура после горячей прокатки и последующего отжига - анизотропная, исходное β-зерно вытянуто вдоль направления прокатки, а внутризеренная структура состоит из вторичных α-пластин (фиг.1).

Далее были последовательно проведены две операции холодной рулонной прокатки, включающие:

- холодную прокатку рулона на стане 2000 холодной прокатки со степенью деформации 20%;

- отжиг рулона в агрегате непрерывного отжига при температуре 850°С после первой прокатки и 780°С - после второй;

- двойное травление в агрегате непрерывного травления со съемом 0,1-0,15 мм.

На этом этапе была сформирована микроструктура листов, а затем проводились адьюстажные отделочные операции по известным схемам,

включающие:

- холодную прогладку рулона на стане 2000 со степенью деформации 2% и травление;

- раскрой рулона на листы и травление в агрегате листового травления;

- обезводораживающий вакуумный отжиг листов;

- прогладка, шлифование, осветление листов и окончательная приемка. Микроструктура полученных листов приведена на фиг.2, где:

а - продольное сечение (×500);

б - продольное сечение (×1000);

в - поперечное сечение (×500);

г - поперечное сечение (×1000).

Результаты исследования микроструктуры приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состояние Размер α-фазы, мкм Степень глобуляризации, %
В состоянии поставки 2-5 20-50

В таблице 2 приведены механические свойства листов из сплава Ti-6Al-4V, изготовленных по заявленному способу и в соответствии с прототипом (патент РФ №2250806).

Таблица 2
Габариты листов, мм вдоль направления прокатки поперек направления прокатки
σ0,2, МПа σв, МПа относительное удлинение, % σ0,2, МПа σв, МПа относительное удлинение, %
Прототип
2,23×915×1650 978 1049 12,0 1071 1073 8,0
2,32×1219×3658 876 903 15,6 888 916 10,6
Заявленный способ
1,524×914×2438 898 1008 12,6 990 1044 11,4
1,524×914×2438 877 1007 13,4 1009 1068 10,8

Угол изгиба был испытан согласно требованиям AMS-T9046 на оправке диаметром 9t 20,0 мм и составил 180° в продольном и поперечном направлениях.

Материал рулона пригоден для суперпластичной деформации (SPF).

Как видно из таблицы 2 и приведенных данных, тонкие листы, изготовленные из титанового сплава класса Ti-6Al-4V по заявленному способу, имеют близкие прочностные и технологические свойства с аналогичными листами, изготовленными по прототипу.

В таблице 3 приведены выходы годного, трудо- и энергозатраты при производстве 1 тонны листового проката, изготовленного 2 способами: 1 - в соответствии с прототипом, 2 - по заявленному способу.

Таблица 3
Выход годного, % Трудоемкость, ч/ч* Электроэнергия, кВт/ч
Прототип Заявленный способ Прототип Заявленный способ Прототип Заявленный способ
50,01 71,5 729,67/140,75 221,41/40,6 10938 32720
Увеличение на 21,4 Уменьшение на 508,26/100,15 Уменьшение на 21782

По сравнению с прототипом при реализации заявленного способа:

- выход годного увеличился в 1,43 раза;

- трудозатраты уменьшились в 3,3 раза;

- затраты электроэнергии уменьшились в 3 раза.

Способ получения листов из титанового сплава Ti-6Al-4V, включающий предварительную обработку слитка, резку листов и отделочные операции, отличающийся тем, что предварительную обработку слитка проводят последовательной ковкой или штамповкой слитка в β или в α+β областях с получением сляба, сляб прокатывают в черновой клети при температуре металла (Тпп+100)±10°C с суммарной степенью деформации 80-95% и в чистовой клети при температуре металла (Тпп+30)±10°C с суммарной степенью деформацией 60-85% с получением полосы и ее смоткой в рулон, с последующим травлением и отжигом, затем проводят холодную прокатку полосы за несколько циклов до получения полосы заданной толщины и микроструктуры со смоткой ее в рулон с последующим отжигом и травлением, при этом в каждом цикле холодную прокатку ведут с суммарной степенью деформации 10-25%, отжиг проводят при температуре (Тпп-100…170)±10°С, а на последнем цикле отжиг осуществляют при температуре (Тпп-170…220)±10°С, где Tпп - температура полиморфного превращения сплава.



 

Похожие патенты:

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 обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов. .
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 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 металлургии, в частности к способам получения штамповок из титановых сплавов. .
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике.
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 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 изделий из титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и ракетной технике для изготовления болтов, шпилек и других крепежных деталей

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовления изделий из полуфабрикатов, полученных термомеханической обработкой, обеспечивающей повышение физико-механических свойств
Изобретение относится к титановому сплаву, детали из упомянутого сплава и способу ее изготовления и может быть использовано для изготовления спортивного снаряжения, снаряжения для досуга, медицинских инструментов, а также промышленных узлов и деталей аэрокосмического оборудования

Изобретение относится к области деформационной обработки металлов давлением и может быть использовано в металлургии для изготовления сортового проката из нелегированного титана, например, медицинского назначения
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения вольфрамовой проволоки для электроламповой промышленности

Изобретение относится к термической обработке полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных -титановых сплавов, которое может быть использовано в судостроительной и авиационной отраслях промышленности
Наверх