СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2012 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, силовых и энергетических установок.

Известен способ получения слитков из титановых сплавов вакуумно-дуговым переплавом. Способ заключается в выплавке слитка в вакуумно-дуговой печи методом расходуемого электрода с последующим, по крайней мере, двойным переплавом. Слитки для изготовления дисков, валов, а также лопаток вентиляторов всех типов авиационных двигателей получают методом тройного переплава одного прессованного электрода (Патент РФ №2244029).

Недостатком известного способа является необходимость тройного переплава для получения однородного химического состава, возникновение дефектов в виде раковин и внутренних пор, большая потеря металла из-за необходимости глубокой обточки слитка.

Известен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка, проведение горячего изостатического прессования (ГИП) и термическую обработку, в котором ГИП проводят до и после термической обработки по следующему режиму - нагрев до температуры 1260°С, выдержка в течение 4 часов при давлении 1590 атм в аргоне, а термическую обработку по режиму - нагрев до температуры 890°С с выдержкой в течение 16 часов (Патент США №5354351).

Недостатками способа является невозможность полного удаления микро- и макропористости и несплошностей. Данный способ получения жаропрочных титановых сплавов является более продолжительным и энергозатратным.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования отливок по следующему режиму: нагрев до температуры (0,9÷0,95)Тпп, выдержка 2÷4 часов при давлении 640÷960 атм (Патент США №4482398).

Недостатком способа являются недостаточно высокий уровень механических свойств.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения жаропрочных титановых сплавов, обеспечивающего повышение механических свойств и сокращение количества переплавов при получении слитка.

Для достижения поставленной технической задачи предложен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, в котором горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 часа при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1÷2 часа при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 часа при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения.

Установлено, что при получении жаропрочных титановых сплавов с использованием трехступенчатого горячего изостатического прессования с заявленными режимами происходит устранения пористости в слитках, формирование бездендритной мелкопластинчатой структуры, равномерной по всему объему слитка, что обеспечивает повышение механических свойств.

Примеры осуществления

По предлагаемому способу были изготовлены жаропрочные титановые сплавы марок ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ-25У.

Слиток сплава ВТ8-1, имеющего температуру полиморфного превращения (Тпп) 1000°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1000-235=765°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1000+155=1155°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1000-5=995°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм.

Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1.

Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ_β), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ8-1 приведены в таблице 1.

Слиток сплава ВТ3-1, имеющего температуру полиморфного превращения 970°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 970-235=735°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 970+155=1125°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 970-5=965°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ_β), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ3-1 приведены в таблице 2.

Слиток сплава ВТ25У, имеющего температуру полиморфного превращения 1020°С, получали двойным вакуумно-дуговым переплавом с последующим горячим изостатическим прессованием, которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1020-235=785°С, выдержка 1 час при давлении 730 атм, II ступень - нагрев до температуры 1020+155=1175°С, выдержка 2 часа при давлении 960 атм, III ступень - охлаждение до температуры 1020-5=1015°С, выдержка 2 часа при давлении 920 атм. Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Определение механических свойств, таких как предел прочности (σ_β), относительные удлинение и сужение (δ, ψ), проводили на образцах в соответствии с ГОСТ 1497 по стандартной методике. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства сплава ВТ25У приведены в таблице 3.

Из таблиц 1, 2 и 3 видно, что применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов (ВТ8-1, ВТ3-1, ВТ25У) обеспечивает повышение предела прочности на ~10%, относительного удлинения и сужения на 12-15%.

Применение предлагаемого способа получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования позволит повысить ресурсные и эксплуатационные характеристики (более длительный ресурс работы изделия), надежность изделий авиационной техники.

Таблица 1 №№ п/п Ступени ГИП σ_β, МПа δ, % ψ, % Температура, °C Давление, атм Выдержка, ч     I 765 730 1         1 II 1155 960 2 1183 16 29     III 995 920 2         I 740 705 1       Предлагаемый 2 II 1140 985 2 1180 17 32 способ   III 980 895 3         I 715 680 1,5         3 II 1125 1010 1 1177 16 30     III 965 870 3       Прототип 4   925 770 3 1078 13 26

Таблица 2 №№ п/п Ступени ГИП σ_β, МПа δ, % ψ, % Температура, °С Давление, атм Выдержка, ч     I 735 730 1         1 II 1125 960 2 1129 17 30     III 965 920 2         I 710 705 1       Предлагаемый 2 II 1110 985 2 1131 16 29 способ   III 950 895 3         I 685 680 1,5         3 II 1095 1010 1 1126 15 31     III 935 870 3       Прототип 4   895 770 3 1029 12 25

Таблица 3 №№ п/п Ступени ГИП σ_β, МПа δ, % ψ, % Температура, °C Давление, атм Выдержка, ч     I 785 730 1         1 II 1175 960 2 1198 9,8 26,4     III 1015 920 2         I 760 705 1       Предлагаемый 2 II 1160 985 2 1205 10 26 способ   III 1000 895 3         I 735 680 1,5         3 II 1145 1010 1 1200 9,6 25     III 985 870 3       Прототип 4   945 770 3 1100 8 22

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, дисков ГТД, силовых и энергетических установок. Предложен способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования. Горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 часа при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1÷2 часа при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5-35)°С, выдержка 2÷3 часа при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Технической результат - повышение механических свойств титановых сплавов, что позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники. 3 табл.

Способ получения жаропрочных титановых сплавов, включающий выплавку слитка и проведение горячего изостатического прессования, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование проводят в три ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпп-(235÷285)°С, выдержка 1÷1,5 ч при давлении 680÷730 атм, II ступень - нагрев до температуры Тпп+(125÷155)°С, выдержка 1-2 ч при давлении 960÷1010 атм, III ступень - охлаждение до температуры Тпп-(5÷35)°С, выдержка 2÷3 ч при давлении 870÷920 атм, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава.