СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2012 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам термомеханической обработки для получения в штампованных заготовках и полуфабрикатах из титановых сплавов повышенных эксплуатационных и технологических свойств, и может быть использовано в металлургии, машиностроении, авиастроении, автомобильной промышленности и т.д.

В серийных технологических процессах изготовления поковок и штамповок из титановых сплавов, как правило, руководствуются рекомендациями и требованиями отраслевых стандартов, которые нормируют термомеханические режимы обработки, уровень получаемых механических свойств. Например, штамповки и поковки из титанового сплава ВТ6 (аналог: Ti-6Al-4V) в закаленном и состаренном состоянии должны иметь следующие механические свойства, не менее: предел прочности σ_в=(1079…1226) МПа, относительное удлинение δ=6%, относительное сужение ψ=20% (отраслевой стандарт ОСТ 92-0966-75 «Штамповки и поковки из титановых сплавов. Технические требования». Введен в действие 01.10.1975). Эти установленные стандартом значения механических свойств имеют хороший уровень, но не вполне соответствуют современным требованиям развития техники - повышению ресурса, надежности, снижению металлоемкости.

Известен способ изготовления листовых полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов (патент РФ №2058418, МПК С22F 1/18, опубл. 20.04.1996), включающий предварительную обработку в β и (α+β) области и прокатку при температуре ниже температуры полиморфного превращения, причем прокатку ведут при температуре начала деформации на 400-550°С ниже температуры полиморфного превращения со скоростью 10^-4-10^-2 с^-1 и степенью деформации 5-15%, после чего дополнительно проводят отжиг при температуре на 400-550°С ниже температуры полиморфного превращения в течение 10-30 мин, и этот цикл обработки повторяют до достижения суммарной степени деформации 75-95%.

К недостаткам известного способа следует отнести несущественное, по сравнению с отраслевым стандартом, повышение уровня механических свойств, невысокую производительность, ограниченную возможность деформационного воздействия на заготовку - прокатку.

Известен 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, причем перед интенсивной пластической деформацией проводят термическую обработку, которая включает закалку с температуры полиморфного превращения минус 10°С в воду и высокотемпературное старение при температуре 675-700°С в течение 4 ч с охлаждением на воздухе, а после интенсивной пластической деформации осуществляют экструдирование заготовки в несколько проходов при температуре 300°С с коэффициентом вытяжки не менее 1,2 (патент РФ №2285740, МПК C22F 1/18, опубл. 20.10.2006). Указанный способ как наиболее близкий принят за прототип.

К недостаткам прототипа можно отнести невысокий уровень механических свойств в получаемых заготовках, а также невысокую производительность обработки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение уровня прочностных свойств заготовок и повышение производительности обработки.

Поставленная задача решается способом термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов, включающим многоэтапную интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух и старение, в котором в отличие от прототипа интенсивную пластическую деформацию заготовок осуществляют с поэтапным снижением температуры в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава, при этом на последнем этапе деформации заготовке придают окончательную форму, затем перед старением нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения сплава со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

Согласно изобретению:

- после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения;

- интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки.

Указанный технический результат достигается благодаря следующему.

Известно, что высокие механические свойства достигаются структурным состоянием материала - высокой дисперсностью и равномерностью выделений упрочняющих интерметаллидных фаз. Интенсивная пластическая деформация при поэтапном снижении температуры обеспечивает получение ультрамелкозернистой структуры. Последующий нагрев под закалку приводит к растворению легирующих компонентов в матрице сплава, т.е. ведет к образованию твердого раствора. Последующая закалка приводит к пересыщению твердого раствора и выпадению из него при старении дисперсной упрочняющей фазы, которая благодаря мелкозернистой структуре сплава распределяется равномерно как в объеме зерен, так и по их границам. Это обеспечивает повышение уровня прочностных свойств. Нагрев заготовок под закалку со скоростью не ниже 50°С в минуту предотвращает интенсивный рост зерен в ультрамелкозернистой структуре материала и повышает производительность обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно проводят многоэтапную интенсивную пластическую деформацию заготовок с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава с поэтапным ее понижением. Верхнее значение температуры деформирования выбрано из условия предотвращения интенсивного роста зерна, которое происходит при высоких температурах обработки, а нижнее значение - из условия обеспечения пластичности, достаточной для деформирования заготовки. На последнем этапе деформирования заготовке придают окончательную форму. Деформацию можно осуществлять методом всесторонней ковки.

Затем перед старением заготовки нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

В частных случаях использования изобретения после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения.

Пример осуществления изобретения.

В качестве исходного материала использовали заготовки из титанового сплава ВТ6 размером ⌀ 62×70 мм, изготовленные из горячекатаного прутка ⌀ 65 мм, который имел следующие кратковременные механические свойства при комнатной температуре:

Предел прочности σ_в, МПа - 928

Предел текучести σ_0,2, МПа - 878

Предел текучести σ_0,2, МПа - 878

Относительное удлинение δ, % - 17

Относительное сужение ψ, % - 37

Предел выносливости H_V, МПа - 3408

Размер микрозерна - 26…48 мкм.

Температура полиморфного превращения данного сплава составляет 968°С. Заготовки подвергли термомеханической обработке: всесторонняя изотермическая ковка в 11 циклов с поэтапным снижением температуры в интервале 920-650°С; нагрев до температуры 960°С в соляной ванне со скоростью 50°С в минуту, закалка в воду и последующее старение при 480°С.

В таблице представлены механические свойства заготовок, обработанных по предложенному способу, а также заготовок, обработанных по прототипу.

Таблица Механические свойства Состояние сплава После обработки по прототипу После обработки по предлагаемому способу Предел прочности σ_в, МПа 1370 1640 Предел текучести σ_0,2, МПа 1270 1557 Относительное удлинение δ, % 11 7 Относительное сужение ψ,% 37 35

Сравнительный анализ показывает улучшение прочностных свойств заготовок, обработанных по предложенному способу. При этом наблюдается некоторое снижение показателей относительного удлинения и сужения материала, что существенно не отражается на эксплуатационных характеристиках изделий, полученных из этих заготовок.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить прочностные характеристики двухфазных титановых сплавов и производительность процесса обработки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам термомеханической обработки для получения в штампованных заготовках и полуфабрикатах из титановых сплавов повышенных эксплуатационных и технологических свойств, и может быть использовано в авиастроении, автомобильной промышленности. Способ термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов включает многоэтапную интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух и старение. Интенсивную пластическую деформацию заготовок осуществляют с поэтапным снижением температуры в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава, при этом на последнем этапе деформации заготовке придают окончательную форму. Перед старением заготовки нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения сплава со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают. Технический результат - повышение прочностных характеристик двухфазных титановых сплавов и производительности процесса обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ термомеханической обработки заготовок из двухфазных титановых сплавов, включающий многоэтапную интенсивную пластическую деформацию с накопленной логарифмической степенью деформации не менее двух и старение, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию заготовок осуществляют с поэтапным снижением температуры в интервале 0,99-0,3 от температуры полиморфного превращения сплава, при этом на последнем этапе деформации заготовке придают окончательную форму, затем перед старением заготовки нагревают до температуры 0,99-0,85 от температуры полиморфного превращения сплава со скоростью не менее 50°С в минуту и закаливают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после закалки заготовки калибруют в изотермических условиях при температуре не выше температуры старения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки.