СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2006 года по МПК C22F1/18 B21J5/00 

Изобретение относится к термомеханической обработке с изменением механических свойств материала и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов.

Известны способы обработки двухфазных титановых сплавов с целью повышения их прочностных характеристик.

Например, способ деформирования заготовок в пересекающихся горизонтальном и вертикальном каналах (см. В.М.Сегал, В.И.Копылов, В.И.Резников "Процессы пластического структурообразования металлов", Минск: Навука и тэхника, 1994, с.26) позволяет упрочнять металл за счет интенсивной сдвиговой деформации.

Известен способ обработки заготовок, включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся горизонтальном и вертикальном каналах с подпором в последнем, который осуществляется на начальной и окончательной стадиях процесса деформирования (патент РФ N 2139164, МПК В 21 J 5/00, опубл. 10.10.1999 г.).

Известен способ деформирования заготовок в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С (Ко У.Г., Джанг B.C., Шин Д.Х., Ли С.С. Влияние температуры и исходной микроструктуры на равноканальное угловое прессование сплава Ti-6Al-4V. Скрипта материалиа, №48, 2003, с.197-202).

Известные способы не позволяют получать требуемые прочностные характеристики, включая показатели усталости.

Наиболее близким к предложенному является способ деформирования заготовок в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С (Яписи Г.Г., Караман И., Луо З.П., Рек Г. Микроструктура и механические свойства порошкового сплава Ti-6Al-4V интенсивно деформированного с использованием равноканального углового прессования. Скрипта материалиа, №49, 2003, с.1021-1027).

Данный способ позволяет повысить уровень прочностных характеристик обрабатываемого материала, но недостаточен для использования в ответственных конструкциях.

Изобретение направлено на повышение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов при сохранении пластичности, в том числе в массивных заготовках.

Поставленная задача достигается способом получения ультрамелкозернистых заготовок, включающим интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации е≥2. В отличие от прототипа после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование в несколько циклов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2.

Экструдирование, используемое после интенсивной пластической деформации в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах, позволяет создать схему деформации, близкую к условиям всестороннего сжатия, что и обеспечивает условия повышенной деформируемости таких труднодеформируемых материалов, как двухфазные титановые сплавы. Например, такие процессы как волочение или прокатка при тех же температурно-временных условиях и степенях деформации не могут обеспечить высокой деформируемости материалов в силу реализации менее благоприятных для ее повышения схем деформации. В связи с этим сочетание интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах и экструдирование в указанных режимах обеспечивает дополнительное измельчение структуры в заготовках, что приводит к повышению прочностных характеристик при сохранении пластичности.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку из двухфазного титанового сплава в виде прутка подвергают интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах. Деформацию проводят при температуре 600°С в несколько последовательных проходов, между которыми пруток вращают вокруг продольной оси на 90°. Количество проходов определяется достижением накопленной логарифмической степени деформации е≥2.

После деформации в пересекающихся каналах заготовка подвергается правке, обработке на токарном станке для снятия дефектного слоя.

На следующем этапе заготовку подвергают экструдированию в несколько циклов с постепенным уменьшением диаметра и увеличением длины заготовки с набором коэффициента вытяжки 1, 2. Температура экструдирования 300°С была определена опытным путем и является температурой, при которой в заготовках формируется ультрамелкозернистая структура, обеспечивающая комплекс свойств: высокие прочностные характеристики при сохранении пластичности. После окончания данного этапа проводят контроль механических свойств на растяжение при комнатной температуре и контроль микроструктуры.

Пример конкретного выполнения

Брали пруток из сплава Ti-6A1-4V диаметром 40 мм и длиной 120 мм. Пруток подвергали пластической деформации по описанному выше способу. Угол пересечения каналов Ф=120°. Температура деформации 600°С. Число последовательных проходов n=4. После правки и обработки на токарном станке диаметр заготовки составлял 36 мм.

На следующем этапе пруток подвергали экструдированию при температуре 300°С. Количество циклов экструдирования составило 6, в результате чего диаметр заготовки уменьшился с 36 до 20 мм, а длина заготовки увеличилась со 120 до 300 мм. Контроль механических свойств сплава на растяжение при комнатной температуре показал значения, приведенные в таблице 1. Для сравнения в таблице 1 приведены механические свойства сплава перед термомеханической обработкой по предлагаемому способу, а также свойства после обработки по известному способу-прототипу.

Таблица 1Механические свойства сплава Ti-6Al-4V в различных состоянияхМеханические свойства сплаваСостояние сплаваДо обработки по предлагаемому способуПосле обработки по способу - прототипуПосле обработки по предлагаемому способуПредел прочности, МПа94012841350Предел текучести, МПа84010421300Относительное удлинение, %16711Относительное сужение, %453537

Таким образом, предложенный способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов позволяет существенно повысить прочностные характеристики обрабатываемого материала при сохранении удовлетворительной пластичности.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов путем термомеханической обработки, сопровождающейся изменением механических свойств материала. Предложен способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух. После интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2. Технический результат - повышение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов (предела прочности, предела текучести, предела выносливости) при сохранении удовлетворительной пластичности. 1 табл.

Способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов, включающий интенсивную пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при температуре 600°С с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух, отличающийся тем, что после интенсивной пластической деформации в пересекающихся каналах осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2.