СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2018 года по МПК B23K20/14 C23C14/02 C23C14/14 C23C14/48 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения деталей или изделий с регламентированной структурой, и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки изделий сложной формы.

Титановые сплавы, обладающие высокой удельной конструкционной прочностью и коррозионной стойкостью, используются для изготовления широкой номенклатуры изделий, а технологический процесс сверхпластической формовки позволяет существенно расширить область применения титановых сплавов. Спектр производимых изделий включает в себя лопасти сложных форм, фланцы, полые цилиндры, детали вала и ротора газотурбинных двигателей и т.д.

Во время эксплуатации вышеупомянутые изделия подвергаются влиянию очень высоких и низких температур, очень больших нагрузок на конструкцию, подвержены к разрушению, высоким коэффициентам трения, влиянию агрессивных сред и т.д. Сверхпластическая деформация (формовка) дает возможность сократить расходы на дорогостоящие сплавы, а также упрощает обработку. Эффективность процесса увеличивается за счет использования наноструктурных элементов, при этом прочность конструкции может быть увеличена на 10…15%.

Некоторые из высокопрочных жаропрочных титановых сплавов применяются в изготовлении деталей вала компрессора, газотурбинных двигателей, в частности для самолетов серии ИЛ-96-300. К ним предъявляются повышенные требования по износостойкости, снижению коэффициента трения, улучшению адгезии и т.д. В связи с этим разрабатываются новые методы и средства для повышения срока службы деталей вала, выполненных из титанового (α+β) - сплава ВТ8.

Известны способы изготовления деталей компрессора ГТД из эвтектоидных титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ22 и др.) методом сверхпластической деформации (формовки) и диффузионной сварки (А.с. СССР №1577378, C22F 1/04, 1988; А.с. СССР №1759583, В23К 20/14, 1990; патент США №4582244, 1985; European Patent №0568201, 1993).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2569441, В23К 20/14, 2015, которое было принято авторами за ближайший аналог.

Недостатком данного способа является то, что при использовании титановых заготовок из сплава ВТ8 применяемая технология изготовления деталей вала компрессора ГТД не позволяет добиться достаточной износостойкости и необходимого коэффициента трения в зонах контакта трущихся поверхностей деталей вала.

Это связано с тем, что при повышении температуры возникает вероятность потери износостойкости при более высоких температурах, в вакууме, смене давлений и состава газовой среды.

Технической задачей является улучшение износостойкости, улучшение адгезии, снижение коэффициента трения изготовляемых деталей вала компрессора ГТД из титанового (α+β) - сплава ВТ8 за счет нанесения покрытия TiC+TiN.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления деталей вала компрессора по разработанной ранее технологии изготавливают слитки из партии титанового сплава ВТ8. Далее проводят горячую сверхпластическую деформацию (газовая формовка на основе сверхпластичности) при температуре от 850 до 950°С и скорости деформации 10^-4c^-1. Затем методом ионно-плазменного напыления наносится покрытие (TiC+TiN). После этого проводят термическую обработку готовых деталей вала компрессора. С целью оптимизации параметров термической обработки температура варьировалась от 850 до 900°С и продолжительность выдержки от 400 до 550°С.

Таким образом, на поверхности деталей вала компрессора образуется поверхность конденсата покрытия (TiC+TiN), которая наряду с образованием вторичной (α+β) - фазы твердого раствора позволяет существенно повысить (на один - два порядка) износостойкость изготовляемых деталей вала компрессора ГТД и уменьшить коэффициент трения трущихся деталей.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической деформации ответственных силовых деталей: лопасти компрессоров ГТД, валы, роторы и т.д. Из титанового сплава ВТ8 изготавливают деталь методом сверхпластической деформации при температуре от 850 до 950°C и скоростях деформации 10^-4 с^-1. На готовую деталь после сверхпластической деформации методом ионно-плазменного напыления наносят покрытие TiC+TiN. Затем осуществляют термическую обработку при температуре от 850 до 900°C с выдержкой при температуре от 400 до 550°C. Изобретение позволяет повысить износостойкость и снизить коэффициент трения в зонах контакта трущихся поверхностей деталей вала компрессора ГТД.

Способ изготовления детали из титанового сплава ВТ8, включающий сверхпластическую деформацию детали при температуре от 850 до 950°C и скорости деформации 10^-4 с^-1 и последующую термическую обработку при температуре от 850 до 900°C с выдержкой при температуре от 400 до 550°C, отличающийся тем, что после сверхпластической деформации на деталь осаждают лигатуру TiC+TiN посредством ионно-плазменной конденсации.