СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ ИЗ β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК C22F1/18 B21B3/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке труднодеформируемых, высокопрочных β-титановых сплавов, может быть использовано при изготовлении тонких листов методом прокатки.

Известен способ изготовления листов из титановых β-сплавов, включающий горячую прокатку с промежуточной механической обработкой поверхности и травлением, теплую прокатку в два этапа, холодную прокатку между первым и вторым этапами теплой прокатки, промежуточное травление и вакуумный отжиг (патент RU №2052534 С22F 1/18) - прототип.

Вышеуказанный способ достаточно трудоемок за счет промежуточной механической обработки (строжки) подката, травления (приводящего к наводораживанию, а следовательно, и охрупчиванию материала в холодном состоянии), а также вакуумного отжига, очень длительной операции с медленным, не регламентированным охлаждением с печью (до 4-5 часов), в результате которого происходит снижение пластических характеристик материала за счет происходящих процессов старения.

Кроме того, интенсивность наводораживания материала, после вакуумного отжига, в процессе эксплуатации увеличивается в несколько раз.

Целью изобретения является повышение и стабилизация уровня прочностных и пластических свойств тонких листов из высокопрочного титанового β-сплава, предназначенных для изготовления тарельчатых пружин, и снижение трудоемкости их изготовления.

Предложенный способ позволяет увеличить и стабилизировать прочностные и пластические свойства материала за счет глубокой проработки микроструктуры и измельчения зерна путем: снижения температуры второй горячей прокатки до 850°С и увеличения степени деформации 53,3-54,0%, снижения температуры теплой прокатки до 750°С и увеличения степени деформации при холодной прокатке до 55,0-56,0%.

Кроме того, исключение из технологии операции травления позволяет автоматически исключить такую трудоемкую операцию, как вакуумный отжиг, и заменить его отжигом в проходной электрической печи с регламентируемой скоростью охлаждения 100°С в мин до 200°С.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является: увеличение и стабилизация прочностных и пластических свойств материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления листов из β-титановых сплавов, включающем механическую обработку поверхности сляба, горячую, теплую, холодную прокатки, отжиг и старение, особенность заключается в том, что после механической обработки сляб шоопируют, горячую прокатку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе прокатку проводят при температуре Т_пп+(380-400°С) с суммарной степенью деформации 85,0-95,0% с последующим отжигом при температуре Т_пп+(145-165°С), а на втором этапе прокатку проводят при температуре Т_пп ⁺(100-120°С) с суммарной степенью деформации 45-55,0% с последующим отжигом в интервале температур Т_пп+(50-165°С), теплую прокатку проводят при температуре Т_пп+(10-30°С) с суммарной степенью деформации 40,0-60,0% с последующим отжигом, в интервале температур Т_пп+(70-100°С), холодную прокатку проводят с суммарной степенью деформации 50,0-55,0%.

Горячая прокатка при температуре нагрева ниже Т_пп+380°С, низкая пластичность приводит к разрушению материала, при температуре нагрева выше Т_пп+400°С происходит значительное увеличение размеров зерна, что в свою очередь приводит к снижению пластичности. Снижение степени деформации менее 85,0% приводит к недостаточной проработке структуры по сечению плиты и разнозернистости, при деформации более 95,0% исчерпывается ресурс пластичности материала. Отжиг при более низкой температуре не позволяет пройти процессам рекристаллизации, появляется разнозернистость, более высокой температуре происходит значительное увеличение размеров зерна и снижение пластичности.

На втором этапе горячей прокатки температуре нагрева ниже Т_пп+100°С, низкая пластичность приводит к разрушению материала, при температуре нагрева выше Т_пп+120°С происходит значительное увеличение размеров зерна. Снижение степени деформации менее 45% приводит к недостаточной проработке структуры по сечению листа и разнозернистости, при деформации более 55% исчерпывается ресурс пластичности материала.

Отжиг при более низкой температуре не позволяет пройти процессам рекристаллизации, появляется разнозернистость, более высокой температуре происходит значительный рост размеров зерна и снижение пластичности нестабильность уровня механических свойств.

Теплая прокатка при температуре нагрева ниже Т_пп+10°С, снижается пластичность, что приводит к разрушению материала, при температуре нагрева выше Т_пп+30°С происходит значительный рост зерна, снижается пластичность и технологичность металла. Снижение степени деформации менее 40,0% приводит к недостаточной проработке структуры по сечению листа и структурной неоднородности, при деформации более 60% происходит упрочнение и снижение пластических характеристик материала.

Отжиг при температуре ниже температуры полиморфного превращения Т_пп+(70-100°С) не позволяет пройти процессам рекристаллизации, появляется разнозернистость и недостаточная пластичность металла для последующей холодной деформации, более высокой температуре происходит значительный рост размеров зерна и снижение пластичности.

Снижение степени деформации, при проведений холодной прокатки, менее 50% приводит к проработке только поверхностных слоев листа и неоднородности структуры по сечению листа, при деформации более 55% исчерпывается ресурс пластичности материала, происходит разрушение листов.

Предлагаемый способ опробован при изготовлении листов из титанового β-сплава ТС 6. В производственных условиях листопрокатного цеха была изготовлена партия листов из сплава ТС 6 по следующей технологии.

Листы изготавливались из β-кованого сляба размерами 240x870x1600 мм, с механически обработанными основными и боковыми гранями. Сляб подвергается шоопированию основных и боковых граней.

Нагрев сляба проводился в электрической печи, при температуре 1130°С в течение 5,4 часа, со скоростью нагрева 1,3 мм/мин. Горячая прокатка проводилась в черновой клети стана кварто 2000 горячей прокатки с суммарной степенью деформации 88,0%, на толщину 30^+-2 мм. Далее проводили отжиг плит в электрической печи, в интервале температур 900°С в течение 60 мин. После отжига выполняли сплошную абразивную зачистку поверхности плит для удаления окалины, газонасыщенного слоя и дефектов поверхности. Величина удаляемого слоя 0,3 мм на сторону. Ультразвуковой контроль - для выявления внутренних дефектов, образовавшихся в процессе плавления слитка.

Нагрев плит перед второй горячей прокаткой, проводился в электрической печи, при температуре 850°С, в течение 40 мин. Скорость нагрева 0,7 мм/мин.

Вторая горячая прокатка проводилась в черновой клети стана кварто 2000 с суммарной степенью деформации 53,0%, на толщину 14,0^+-2 мм. Отжиг плит проводился в электрической печи, при температуре 850°С, время отжига 60 мин. После отжига зачистили поверхности плит, величина удаляемого слоя составила 0,15 мм на сторону.

Нагрев горячекатаной заготовки перед теплой прокаткой проводился в электрической печи, при температуре 750°С, в течение 23 мин. Теплая прокатка заготовки проводилась в клети стана кварто 1700 теплой прокатки, с суммарной степенью деформации 58,0%, на толщину 6,0^+-0,1 мм.

Холодная прокатка листов проводится в клети стана кварто 1700 теплой прокатки, с суммарной степенью деформации 55,0%, на толщину 2,7^+-0,05 мм. Отжиг листов проводится в электрической печи, при температуре 795°С, время отжига 30 мин охлаждение на воздухе.

Опытно-промышленная партия:

Листы из сплава ТС6 размерами 2,5×800×2000 мм

Механические свойства.

В состоянии поставки:

Временное сопротивление разрыву - 98,6...100,4 кг/мм²;

Относительное удлиннение - 18,4...21,6%;

Угол загиба- 125...143°;

После термообработки: Закалка - 800°С, выдержка 10 мин, охлаждение - вода, старение - 480°С, выдержка 25 часов

Временное сопротивление разрыву - 138...145 кг/мм²;

Относительное удлиннение - 6,8...8,3%.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке труднодеформируемых, высокопрочных β-титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении тонких листов методом прокатки. Способ изготовления листов из β-титановых сплавов включает механическую обработку поверхности сляба, горячую, теплую, холодную прокатки, отжиг и старение. После механической обработки сляб шоопируют, горячую прокатку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе прокатку проводят при температуре Т_пп+(380-400°С) с суммарной степенью деформации 85,0-95,0%, с последующим отжигом при температуре Т_пп+(145-165°С), а на втором этапе прокатку проводят при температуре Т_пп+(100-120°С) с суммарной степенью деформации 45,0-55,0% с последующим отжигом в интервале температур Т_пп+(50-165°С), теплую прокатку проводят при температуре Т_пп+(10-30°С) с суммарной степенью деформации 40,0-60,0% с последующим отжигом в интервале температур Т_пп+(70-100°С), холодную прокатку проводят с суммарной степенью деформации 50,0-55,0%. Техническим результатом является увеличение и стабилизация прочностных и пластических свойств материала.

Способ изготовления листов из β-титановых сплавов, включающий механическую обработку поверхности сляба, горячую, теплую, холодную прокатки, отжиг и старение, отличающийся тем, что после механической обработки сляб шоопируют, горячую прокатку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе прокатку проводят при температуре Т_пп+(380-400°С) с суммарной степенью деформации 85,0-95,0% с последующим отжигом при температуре Т_пп+(145-165°С), а на втором этапе прокатку проводят при температуре Т_пп+(100-120°С) с суммарной степенью деформации 45,0-55,0% с последующим отжигом в интервале температур Т_пп+(50-165°С), теплую прокатку проводят при температуре Т_пп+(10-30°С) с суммарной степенью деформации 40,0-60,0% с последующим отжигом в интервале температур Т_пп+(70-100°С), холодную прокатку проводят с суммарной степенью деформации 50,0-55,0%.