Способ термомеханической обработки -титановых сплавов

 

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

742483 е> (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 11.01.78 (21) 256Я42Я/22-02 с присоединением заявки ¹ (2;5) Приоритет

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень № 2З (51) М. Кл.

С 22 F 1/18

Государственный комитет (53) УДК 621;787..4 (088.8) по пенам изобретений н открытий

Дата опубликования описания 25.06.80

И. И. Новиков, Ю. В. Гусев, В. К. Портной, О. В. Панфилова и С. Ю. Спирин (72) Авторы изобретения

Калининградский машиностроительный завод и Московский ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов (7l) Заявиуели (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (й + P) — ТИТАНОВ61Х СПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии сплавов и машиностроению в частности к термомеханической обработке (а+ p) — титановых сплавов, используемых для обработки давлением в сверхпластичном состоянии. Способ может быть применен на металлургических заводах, производящих полуфабрикаты в виде прутков, лент, листов, а также на машиностроительных предприятиях для получения сверкпластичных поковок и заготовок,:служащих полуфабрикатом для изотермической штамповки.

Известен способ термомеханической обработ. ки (й+ p) титановых сплавов,.в котором, с целью получения мелкозернистой структуры, необходимой для реализации сверхпластической деформации сплава, проводят горячую деформацию его при температуре на 50-150 С выше температуры полиморфного превращения, закалку с этой температуры и повторную горячую деформацию в (n+ p) области 11).

Недостаток известного способа заключается в том, что полученная структура недостаточно дисперсна, поскольку способ не позволяет получить структуру с размером зерна менее

3 мкм.

При изотермической штамповке такого металла максимальное относительное удлинение (1000%) при сопротивлении деформации

1,1 кгс/мм и температуре 825-850 С соответствует скорости деформации 4,2 10 "с, а при скорости 8, 3 10 с и температуре 850875 С максимальное относительное удлинение составляет только 500%. При таких малых скоростях сверхпластнческой деформации (10 " -10 с) и сравнительно невысоких относительных удлинениях не только недостаточна производительность процессов, использующих сверхпластичность, но и ухудшается качество изделий. Длительное пребывание металла при высоких температурах приводит к образованию значительного альфированного слоя из-за взаимодействия с атмосферой, кроме того усиливается схватывание детали с инструментом, а из-за невысокой деформационной способности ограничена сложность изготовляемых изделий..

В конечном счете все это уменьшает коэффициент использования металла. Использование

742483 сплавов с такими показателями сверхпластичности для иэотермической штамповки ограде но тем, что скорости деформации, обеспечиваемые гидравлическими прессами, используемыми в промышленности для изотермической объемной штамповки, соответствуют интервалу 10 =

-10 о с, что на 2-3 порядка выше оптимума сверхпластичности. При таких скоростях деформации различие в удельном давлении, необходимом ля штамповки, между сплавами 10 с малозернистой структурой и сплавами со структурой в состоянии поставки не существенно, зто давление составляет 30-60 кгс/мм, Иначе говоря, на имеющихся прессах не удается использовать главное преимущество объемной

tS иэотермической штамповки в состоянии. сверкпластичности — производство сложных изделий с минимальными припусками при пониженном расходе мощности из-эа небольших удельных давлений.

Цель изобретения — повышение пластичности, 20 снижение усилия деформирования и повышение скорости сверхпластической деформации.

Поставленная цель достигается тем, что горячую деформацию заканчивают в области су25 шествования переохлаждений Р-фазы, а закалку проводят с температуры конца деформации.

Металл в состоянии поставки нагревается до температур, 3-области на 50 150 выше температуры перехода а + p p, затем деформируется на 30-80% во время охлаждения заго30 тонки в интервале существования переохлажденной Р-фазы и затем закаливается с температуры деформации без дополнительного нагрева; повторная горячая деформаци на 50-80% нроводится в (а+ p) области. Сущность предложеннойз термомеханической обработки заключается в том, что первая деформация в температурном интервале существования переохлажденной Рфазы и закалка обеспечивает получение мелкоигольчатого мартенсита (а-фаза), который при вторичном нагреве в (а + p)-область и деформации распадается на мелкодисперсную смесь а-и P-фаз, с размером зерна 1,0-1,5 мкм.

Принципиальное отличие предложенного способа состоит в том, что сначала формируют 45 структуру мелкоигольчатого мартенсита, а затем получают равноосные а и р-зерна во время горячей деформации сплавов со структурой мелкоигольчатого мартенсита.

Первая горячая деформация охлаждающейся заготовки заканчивается при температурах ниже равновесной линии перехода р ч а + p в период существования переохлажденной Р-фазы.

Необходимость этой обработки вызвэна стремлением измельчить образовавшиеся при нагрева в р-область зерна р-фазы, так как в объеме этих р-зерен при закалке возникают мартенситиые иглы.

При горячей обработке давлением сплавов со структуроймелкоигольчатого мартенсита в (а+ p)-области происходит дробление игл мартенсита и диффузионное перераспределение компонентов с образованием дисперсных частиц а и Р-фаэ, тогда как по известным режимам дисперсная равноосная структура образуется дроблением пластин а и P-фаэ и их коагуляцией.

Горячая обработка давлением а + p -титановых сплавов для получения оптимальной структуры по предлагаемому способу может проводиться прокаткой, прессованием или открытой ковкой.

Пример. Термомеханическую обработку проводят на сплаве ВТ14 с температурой а + p p -перехода 950 С.

Прутки сплава диаметром 70 мм нагревают в Р-область до температуры 1000-1020 С, прокатывают в четыре прохода во время охлаждения на воздухе на сортовом стане до диаметра 45 мм (деформация 57,5%) и затем закаливают в воде. Прутки, прошедшие деформацию, имеют структуру мелк оигольчатого мартенсита, Прокатанные прутки разделяют на две партии, которые затем нагревают в (а+ P)-область отдельно до 750 и 850 С и прокатывают каждую патрию до квадрата 15х15 мм (деформация 89%) за восемь проходов. Иолученные прутки имеют ультрамелкоэернистую равноосную структуру со средним размером зерна 1-1,5 мкм. Для сопоставления часть исходных прутков прокатывают в (а + p)-области тюсле нагрева до 900-920 С с диаметра

70 мм до квадрата 22х22 мм (деформация 92%) за девять проходов. После чего образцы закаливают с температурой выше температуры полиморфного превращения.

Указанный режим обработки обеспечивает наибольшую их известных способов дисперсность структуры. Для определения показателей сверхпластичности из прутков вытачивают разрывные образцы с диаметром 5 мм и длиной расчетной части 2,5 мм (2,5-кратные) .

Испытания проводят на воздухе в трубчатой электропечи на установке P-O,S при температуре 875 С, которая для сплава ВТ14 соответствует равенству объемов а и Р-фаз, что определяет ее оптимальность для сверхпластической деформации, Иэ зависимости относительного удлинения и напряжения течения от скорости деформации видно (см. таблицу),: что показатели сверхпластичности сплава, обработанного по предлагаемому режиму, существенно превосходят свойства сплава, обработанного по известному режиму. А именно: относительные удлинения сплава, обработанного по предлагаемому способу, в области скоростей деформации 10"3 10 г с 1 более 2000%, Тах что хода

Удельные усилия, кт/мм

Огн«ительСкорость деформации,с

Способ обработки

Напряжени течения, кг/мм абота деформации, кг/мм ное удлине ние, %

103

45-55

2 — 3

Известны й

1400

3 — 4

120-130

8 — 9

6 — 7,5

10"

170-180

15-16

100 — 200 13 — 15

Предл агаемый

1р-Э

10-20

> 2000 . 1 — 2,0

До 1

40 — 60

> 2000 1,5 — 3,0 2-4

120 — 130

1(Г

8 — 10

600 — 900 4 — 7

5 7 подвижного захвата машины на хватает, чтобы довести образцы до разрушения. Поэтому в этой части кривые проведены пунктиром. И даже при скорости 1 10. с", относительные удлинения составляют 600-900%. Обработка по известному режиму при увеличении скорости от 10 до 10 с обеспечивает понижение относительного удлинения с 1400% до 400%.. а при скорости деформации 1 10" с отно. сительное удлинение составляет только 100200%.

Напряжение течения после обработки по предлагаемому способу в области .скоростей

10- -10-1 с-1 в 2 3 раза rance чем п«ле обработки по известному способу.

Испытания сплава на осадку Образцы диаметром 12 мм и высотой 18 мм, обрабатывают с поверхности пескоструйным аппаратом и покрывают стеклосмаэкой для уменьшения трения и защиты поверхности от окисления.

Испытывали на машине УМЭ- 1OTM при разных скоростях траверсы в электроизлучательной печи при температуре 875 С. Начальное напряжение течения при осадке у сплава, обработанного по известному способу заметно превышают напряжение течения прутков обработанных по предлагаемому способу. У материала, обрабоиспользовать все преимущества объемной изотермической штамповки в состоянии сверхпластичности по точности изготовления и сложности формы детали на нижнем пределе скорое. тей деформации, имеющихся в промышленности гидравлических прессов для объемной штам42483 6 танного по известному способу, в интервале скоростей от 1 ° 10 до 1 10 с начальное напряжение течения возрастает от 8,5 кгс/мм .

У сплава, обработанного по предлагаемому способу, в этом интервале скоростей напряжение течения возрастает от 2-3 до 8-10 кгс/мм, т.е. уровень его в 1,5-2 раза меньше.

Энергетические затраты на деформацию сплава в разных состояниях оценивают величиной работы осадки до деформации 50%.

Работу осадки определяют планиметрированием площади под кривыми усилие-деформация. Обработка по предлагаемому способу в 1,5-2 раза снижает работу деформации по сравнению с работой деформации после обработки по известной схеме.

Исследование предлагаемого способа термомеханической обработки (а + P)-титановых сплавов для получения ультрамелкозернистой структуры, обеспечивающей сверхпластичность, позволяет проводить операции пневмоформовки сложных полых деталей при скоростях деформации 1 ° 10 10" с, что в 10-100 раз быстрее по сравнению со сверхпластической деформацией сплава, обработанного по известному способу. Это позволяет существенно повысить производительность процессов пневмоформовки; ловки, учитывая, что предлагаемый способ в 1,5-3 раза снижает напряжение течения и уменьшает в 1,5-2 раза работу деформации при осадке в интервале скоростей 1.10 1 10- с" .

Это позволяет повысить коэффициент использования металла до 0,7-0,9.

Способ термомеханической обработки (а+Я- -титановых сплавов, включающий горячую деформацию Р-области, закалку, повторную

5 горячую деформацию в (а + P) области, о тличающийся тем,что,сцелью повышения пластичности, снижения усилия деформирования и повышения скорости сверхпластической деформации, горячую деформацию

Редактор 3. Шубенко

Заказ 3589/7

Тираж 694 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",г., Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

742483 8 заканчивают в области существования переохлажденной Р-фазы, а закалку проводят с температуры конца деформации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Алагина Л. А. Кудряшова В. Г. Браиновская Б. Ф., Дубенков В. М. Сверхпластичность (e + P)-титановых сплавов. Бюллетень ВИЛС

"Технология легких сплавов, 1975, М 11, с. 30-39.

Составитель А. Зенцов

Техред О. Андрейко Корректор Н. Стец