Способ высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β) титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокотемпературной термомеханической обработке полуфабрикатов из титановых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической технике. Способ высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β) - титановых сплавов заключается в том, что осуществляют нагрев, многостадийную деформацию, при которой сначала проводят деформацию при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения со степенью 30-90% и скоростью деформации 1-300 мм/с. Затем проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 10-30% и скоростью деформации 3-60 мм/с, после которой проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 30-70% и скоростью деформации 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C. Последующую деформацию проводят со степенью деформации 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше температуры полиморфного превращения - на 300°C ниже температуры полиморфного превращения, со скоростью деформации 0,01-4,0 мм/с, после чего осуществляют охлаждение на воздухе. Полученная структура сплава характеризуется сверхмелким зерном и однородной морфологией структурных составляющих. Сплав имеет высокие значения предела выносливости и малоцикловой усталости. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике.

Как известно, термомеханические параметры обработки давлением титановых сплавов, наряду с легированием, являются главными для обеспечения требуемого уровня механических свойств и эксплуатационных характеристик, их стабильности и анизотропии, гарантией отсутствия преждевременного разрушения.

Известен способ высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в нагреве до температуры на 50-100°C ниже температуры полиморфного превращения, деформации на 50%, охлаждении в воде и последующим старением в течение 10 ч (Бернштейн М.Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т. 2, М., Металлургия, 1968, с. 1153).

Однако, после такой обработки предел выносливости (σ-1 на базе 107 циклов) и малоцикловая усталость (МЦУ) не достигают требуемого уровня (σ-1≥44 кгс/мм2, МЦУ≥100000 циклов при σmax=70 кгс/мм2 и при σmax=45 кгс/мм2, Kt=4,0).

Известен также способ высокотемпературной термомеханической обработки титановых сплавов, заключающийся в нагреве заготовок сплава до температуры β-области и деформации со степенью 60-70% при этой температуре. Затем заготовки нагревают до температуры окончания полиморфного превращения и проводят повторную деформацию, после чего вновь осуществляют нагрев до температуры окончания полиморфного превращения и проводят окончательную деформацию, причем ее завершают при температуре двухфазной области, соответствующей содержанию β-фазы 25-40%, непосредственно после чего осуществляют закалку в воде и старение при 630-650°C (а.с. №1613505, МПК C22F 1/18, опубл. 15.12.1990).

Однако после подобной обработки характеристики выносливости и малоцикловой усталости сплава также не достигают требуемого уровня.

Достаточно заметно повысить вышеуказанные характеристики позволяет способ высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в деформации в β-области со степенью 30-90% при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения, затем в (α+β)-области со степенью 10-30% при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения, затем при температуре на 10-100°C выше температуры полиморфного превращения, затем при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 30-70%, причем деформацию ведут со скоростью 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C, после чего проводят деформацию со степенью 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше и на 300°C ниже температуры полиморфного превращения, со скоростью деформирования 0,01-4,0 мм/с и последующим охлаждении на воздухе (а.с. №1106175, МПК C22F 1/18, опубл. 10.07.2015 г.).

Однако, как было обнаружено, при таком способе высокотемпературной термомеханической обработки повышение характеристик выносливости и малоцикловой усталости сплавов обеспечивается не регулярно, что ведет к невозможности добиться стабильности в получении необходимого уровня требуемых характеристик.

Технической задачей и техническим результатом заявленного способа является повышение предела выносливости и малоцикловой усталости, что позволит повысить ресурс и надежность деталей и узлов летательных аппаратов.

Технический результат достигается путем осуществления высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β) - титановых сплавов, при этом осуществляют нагрев, многостадийную деформацию, при которой сначала проводят деформацию при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения со степенью 30-90% и скоростью деформации 1-300 мм/с, затем проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 10-30% и скоростью деформации 3-60 мм/с, после которой проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 30-70% и скоростью деформации 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C, а последующую деформацию проводят со степенью деформации 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше температуры полиморфного превращения - на 300°C ниже температуры полиморфного превращения со скоростью деформации 0,01-4,0 мм/с, после чего осуществляют охлаждение на воздухе.

Положительный эффект заявленного способа обусловлен тем, что в процессе совокупного воздействия на металл многостадийной высокотемпературной термомеханической обработки и регламентированных скоростей деформации, достигается структурное состояние, характеризующееся сверхмелким зерном, однородной морфологией структурных составляющих и фазовым составом полуфабрикатов из титановых сплавов, обеспечивающих более высокие показатели предела усталости и малоцикловой усталости. Известно, что деформацию в β-области возможно проводить с достаточно большими скоростями за счет высокой технологичной пластичности и возможности воздействия высоких удельных давлений при температурах β-области. Однако, деформация в β-области со скоростями выше 300 мм/с уже не обеспечивает однородности структуры, вследствие чего возможно образование трещин и других дефектов. Деформация в (α+β)-области со скоростями более 60 мм/с может повлечь за собой разрушение полуфабриката, поскольку при данной температуре снижается технологическая пластичность металла и увеличивается сопротивление титановых сплавов деформации.

По сравнению с прототипом, исключение из технологического процесса изготовления полуфабрикатов деформации при температуре на 10-100°C выше температуры полиморфного превращения, позволяет на последующих стадиях высокотемпературной термомеханической обработки получить мелкозернистую однородную структуру, обеспечивающую высокие показатели предела выносливости и малоцикловой усталости, однако, при этом уменьшается трудоемкость процесса деформации в целом.

Предложенный способ был опробован при обработке поковок из сплава ВТ23М, температура полиморфного превращения которого составляет 900°C.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 40% и скоростью 75 мм/с при 1050°C, затем в (α+β)-области со степенью 15% и скоростью 20 мм/с при температуре 870°C, затем при температуре 850°C со степенью 50%, причем деформацию ведут со скоростью 20 мм/с при охлаждении полуфабриката до 700°C, после чего проводят деформацию со степенью 50% в изотермических условиях при температуре 800°C, со скоростью деформирования 2,0 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=270000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=225000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=65 кгс/мм2.

Пример 2

Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 30% и скоростью 150 мм/с при 1000°C, затем в (α+β)-области со степенью 20% и скоростью 15 мм/с при температуре 880°C, затем при температуре 860°C со степенью 60%, причем деформацию ведут со скоростью 35 мм/с при охлаждении полуфабриката до 750°C, после чего проводят деформацию со степенью 60% в изотермических условиях при температуре 820°C, со скоростью деформирования 2,5 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=235000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=195000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=58 кгс/мм2.

Пример 3

Высокотемпературную термомеханическую обработку проводят по следующему способу: деформация в β-области со степенью 60% и скоростью 200 мм/с при 1200°C, затем в (α+β)-области со степенью 10% и скоростью 10 мм/с при температуре 860°C, затем при температуре 850°C со степенью 45%, причем деформацию ведут со скоростью 30 мм/с при охлаждении полуфабриката до 780°C, после чего проводят деформацию со степенью 65% в изотермических условиях при температуре 850°C, со скоростью деформирования 4,0 мм/с, последующее охлаждение на воздухе. Поковки, полученные данным способом, обладали следующим уровнем свойств: МЦУ=250000 при σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и МЦУ=210000 при σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0), предел выносливости σ-1 (на базе 10 циклов)=62 кгс/мм2.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики усталостной прочности: малоцикловая усталость при максимальном напряжении цикла σmax=70 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=2,2) и σmax=45 кгс/мм2 (коэффициент концентрации Kt=4,0) и предел выносливости σ-1 (на базе 107 циклов) после обработки по способу-прототипу и предложенному способу (примеры 1-3).

Как видно из таблицы, после обработки по предложенному способу число циклов до разрушения возрастает на 17,5-40,6%, а предел выносливости на 11,5-25% по сравнению с обработкой по прототипу.

Таким образом, после высокотемпературной термомеханической обработки, предложенной в заявленном изобретении, возрастает ресурс изделий и их надежность в эксплуатации при одновременном уменьшении трудоемкости процесса изготовления полуфабрикатов.

Способ высокотемпературной термомеханической обработки полуфабрикатов из (α+β) - титановых сплавов, заключающийся в том, что осуществляют нагрев, многостадийную деформацию, при которой сначала проводят деформацию при температуре на 10-350°C выше температуры полиморфного превращения со степенью 30-90% и скоростью деформации 1-300 мм/с, затем проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью 10-30% и скоростью деформации 3-60 мм/с, после которой проводят деформацию при температуре на 20-50°C ниже температуры полиморфного превращения со степенью деформации 30-70% и скоростью деформации 5-60 мм/с при охлаждении полуфабриката на 20-300°C, а последующую деформацию проводят со степенью деформации 30-95% в изотермических условиях при температуре в интервале на 100°C выше температуры полиморфного превращения - на 300°C ниже температуры полиморфного превращения со скоростью деформации 0,01-4,0 мм/с, после чего осуществляют охлаждение на воздухе.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к термоводородной обработке полуфабрикатов и изделий из пористого материала на основе титана и его сплавов для медицинских имплантатов. Способ включает термодиффузионное насыщение водородом и вакуумный отжиг.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для интенсивной пластической деформации кручением. Для измельчения микроструктуры металлов и повышения их микротвердости, прочности и пластичности способ включает сжатие и последующее кручение заготовки с получением деформации сдвига, при этом деформацию заготовки проводят на бойках Бриджмена с приложением удельного давления 3-6 ГПа и последующим вращением подвижного бойка относительно своей оси со скоростью 0,2-1,5 об/мин, а в процессе вращения бойка осуществляют плавное изменение температуры заготовки, но не выше 0,4Тпл металла или сплава, а также изменение температуры в зависимости от режимов деформации.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления особо тонких листов из высокопрочного псевдо-альфа титанового сплава Ti-6,5Al-2,5Sn-4Zr-1Nb-0,7Mo-0,15Si.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению холоднодеформированных бесшовных труб из титанового сплава Ti-3Al-2,5V. Способ включает производство слитков, ковку слитка в цилиндрическую заготовку за несколько переходов с чередованием деформации в β- и (α+β)-областях.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению ультрамелкозернистых титановых заготовок, и может быть использовано в медицине при изготовлении имплантатов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к крепежным изделиям, выполненным из альфа/бета титанового сплава. Крепежное изделие, выполненное из альфа/бета титанового сплава, подвергнутого горячей прокатке, обработке на твердый раствор и старению, содержащего, мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термомеханической обработки титана или титанового сплава. Способ включает многоосную ковку с высокой скоростью деформации и регулированием температуры.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения высокопрочных α+β-титановых сплавов, которые могут быть использованы в областях техники, где требуется сочетание высоких показателей прочности и коррозионной стойкости и небольшого веса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению мелкозернистых листовых титановых сплавов, которые являются подходящими для использования при сверхпластическом формовании.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению плоского проката из высоколегированного титанового сплава. Способ изготовления плит из высоколегированного титанового сплава Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr включает деформацию слитка в сляб путем ковки при температурах в β- и (α+β)-областях, при окончательном деформировании в (α+β)-области, последовательные прокатки сляба в β- и (α+β)-областях.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления листов методом холодной прокатки из псевдо-альфа титановых сплавов. Способ получения листов из псевдо-альфа титановых сплавов включает деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многопроходную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, многопроходную горячую прокатку заготовок, холодную прокатку, отжиг и адъюстажную обработку листов. Многопроходную прокатку сляба на подкат проводят в β-области, с суммарной степенью деформации не менее 50%, горячую прокатку листовых заготовок проводят в два этапа, причем на первом этапе проводят продольную прокатку в (α+β)-области в интервале температур ниже температуры полиморфного превращения (ТПП) на 70-200°С. На втором этапе проводят поперечную горячую прокатку с изменением направления прокатки на 90° в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 70-200°С с последующей холодной прокаткой с получением листов, при этом суммарная степень деформации при горячей и холодной прокатках на втором этапе составляет 60-90% при соотношении степеней деформации горячей к холодной прокатке от 0,8 до 1,2, отжиг листов производят при температуре 700-820°С в течение 0,5-1 часа, а затем осуществляют теплую прогладку при температуре 600±50°С. Получают тонкие листы большого формата из труднодеформируемых титановых сплавов с низкой анизотропией механических свойств и большой величиной угла загиба при комнатной температуре. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов включает горячую штамповку в два или более переходов со степенью деформации 40-60% за каждый переход, калибровку при 800-840°C со скоростью охлаждения 7-20°С/c, со степенью деформации 3-10% и старение. Старение проводят в две ступени: на первой при температуре до 400°C, а на второй - при температуре до 600°C. Повышаются характеристики ударной вязкости, удельной работы разрушения образца с трещиной при ударном изгибе и предела выносливости. Повышается ресурс и надежность деталей. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке титановых сплавов, и может быть использовано для получения высокопрочных наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22. Способ включает нагрев заготовки до температуры 850°С, деформацию заготовки путем трехвалковой поперечно-винтовой прокатки в диапазоне температур 850С-750°С со ступенчатым снижением температуры заготовки на каждом последующем проходе с непосредственной закалкой с прокатки после каждого прохода. Степень истинной логарифмической деформации заготовки на каждом проходе составляет 0,21-0,54, а суммарная истинная логарифмическая деформация составляет 1,2. После поперечно-винтовой прокатки полученный пруток подвергают старению при температуре 420-550°С в течение 5 или 10 часов. Получают наноструктурированные прутки круглого сечения из титанового сплава ВТ22 с повышенными механическими свойствами. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к обработке ванадиевых сплавов, легированных элементами IVB группы, содержащих элементы замещения Cr, W и элементы внедрения С, О, N в количестве не менее 0,04 мас.%. Способ включает гомогенизирующий отжиг заготовки сплава, многократную термомеханическую обработку, состоящую из пластической деформации и отжига, диффузионное легирование кислородом и заключительный стабилизирующий отжиг при температуре 1000-1100°C. Диффузионное легирование кислородом после многократной термомеханической обработки проводят путем термообработки заготовок на воздухе при температуре не более 700°C, длительность которой устанавливают от 1 минуты и более в зависимости от требуемой концентрации кислорода, элементного и фазового состава обрабатываемой заготовки сплава, а также ее формы и геометрических размеров. Обеспечивается повышение прочности при сохранении запаса пластичности сплавов. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке сплавов с памятью формы, и может быть использовано в медицине и технике. Способ обработки сплавов титан-никель с содержанием никеля 49-51 ат.% с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, термомеханическое наведение эффекта памяти формы, разгружение и нагрев для восстановления формы. Перед термомеханической обработкой заготовку подтвергают рекристаллизационному отжигу и закалке. В качестве термомеханической обработки проводят низкотемпературную термомеханическую обработку путем многопроходной деформациии при температуре 18-24°С до получения накопленной степени деформации 42-60%, затем осуществляют деформирование в заданную форму, ее фиксацию и рекристаллизационный отжиг в интервале температур 550-650°С в течение 30-70 мин. Термомеханическое наведение эффекта памяти осуществляют путем нагрева выше температуры Ак обратного мартенситного превращения, охлаждения до температуры начала прямого B2→R превращения, деформации при этой температуре на 21-25% с выдержкой при этой температуре 0,5-3 мин, охлаждения до температуры окончания мартенситного превращения -196°С, выдержки при этой температуре 0,5-3 мин. Реализуется величина обратимой деформации 18,4%. 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки железоникелевого сплава. Заявлен способ обработки инварного сплава на основе системы железо-никель. Способ включает нагрев до 830-850°С, охлаждение в воде, дополнительное охлаждение до температуры ниже начала γ→α превращения, нагрев до температуры начала обратного α→γ превращения, последующий нагрев до температуры конца α→γ превращения, затем нагрев со скоростью не менее 10°С/мин до температуры на 10÷100°С выше температуры конца α→γ превращения и охлаждение на воздухе. Последующий нагрев в области α→γ превращения проводят со скоростью 0,2÷3°С/мин. После охлаждения на воздухе проводят дополнительный нагрев в диапазоне температур 500-700°С и изотермическую выдержку от 15 мин до 10 ч с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивается понижение температуры начала мартенситного превращения Мн сплавов и расширение диапазона температур, в котором реализуются минимальный ≤3,5⋅10-6 К-1 и низкий 5÷7⋅10-6 К-1 коэффициент линейного расширения в зависимости от области применения сплава. 2 пр.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении изделий из жаропрочных никелевых сплавов, применяемых в авиационной промышленности и в энергетическом машиностроении. Для получения составной заготовки типа «диск-вал» из жаропрочных никелевых сплавов изготавливают части заготовки, имеющие предварительно подготовленную структуру. Производят предварительное соединение упомянутых частей и изотермическую деформацию полученной составной заготовки. Затем составную заготовку подвергают горячему изостатическому прессованию и ее термической обработке. Способ отличается тем, что предварительное соединение частей составной заготовки производят методом вакуумной пайки, а изотермическую деформацию составной заготовки осуществляют на воздухе с суммарной степенью деформации не менее 50%. В результате обеспечивается повышение коэффициента использования металла и сокращение временных и энергетических затрат на изготовление заготовок. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления стержневых деталей с головками из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационно-космической технике, а также химическом машиностроении, судостроении и автомобилестроении. Способ изготовления стержневых деталей с головками из двухфазных (α+β) титановых сплавов включает закалку заготовок, нанесение на их поверхность твердого оксалатного покрытия, формование деталей методом холодного пластического деформирования с высадкой головок и многократным редуцированием стержней и старение полученных деталей. Закалку заготовок осуществляют в вакуумной печи при 720-740°С с последующим охлаждением, многократное редуцирование стержней ведут со степенью деформации 10-30%, старение деталей проводят в электрической печи на воздухе при температуре 240-260°С в течение 4-8 часов с последующим гидрополированием деталей и накатыванием резьбы. Повышается прочность и долговечность изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки ответственных силовых деталей. Изобретение позволяет улучшить прочностные характеристики деталей из титанового сплава ВТ8. Изготавливают силовые элементы из титанового сплава ВТ8. Далее последовательно проводят в три этапа термическую обработку. Первую проводят при температуре от 600° до 650°C, при которой происходит выделение силицидов титана из пересыщенных твердых растворов α- и β-фаз. Вторую проводят при температуре от 850°C, которая характеризуется превращением фазового состава из α- в β-. Третью проводят при температуре от 950° до 1100°C. При температуре 1100°C фазовый состав сплава представлен только β-фазой.

Способ изготовления сварных титановых труб может быть использован в области машиностроения и предназначен для повышения прочности и циклической долговечности сварных титановых труб за счет оптимального выбора термомеханических параметров обработки трубных заготовок. Получают трубную заготовку (3) сверткой плоской листовой заготовки (2) и сваркой продольных кромок (1). Осуществляют ротационную раскатку сварного шва (4) трубной заготовки (3), установленной на вращающейся оправке (5), с помощью давильных элементов (6) жесткого инструмента (7). Проводят отжиг сварной титановой трубы (8) для снятия остаточных напряжений. При этом раскатку сварного шва (4) производят с относительной деформацией 8%≤ε≤20% по толщине стенки трубной заготовки (3), при этом ε=(t0-t)/t0×100%, где t0 - толщина стенки трубной заготовки (3), t - толщина стенки сварной титановой трубы (8) после раскатки сварного шва (4), а последующий отжиг - при температуре (Tнр-170)°С≤Tотж≤(Тнр-50)°C, определяемой из интервала, где Tнр - температура начала рекристаллизации титанового сплава, °C. 4 ил.
Наверх