СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ Российский патент 2018 года по МПК B23K20/14 B21D26/55 

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

В этом отношении титановые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью, являются наиболее широко используемыми конструкционными материалами, особенно в авиационном и ракетно-космическом машиностроении.

Спектр произведенных изделий включает лопасти сложных форм, фланцы, полые цилиндры, элементы панелей, мотогондолы, люки, двери и т.д. Во время эксплуатации вышеупомянутые изделия подвергаются влиянию высоких и низких температур, больших нагрузок на элементы конструкции, влиянию агрессивных сред и т.д. Все эти задачи могут быть эффективно решены путем внедрения высокоэффективных и малоотходных технологий производства металлических деталей и изделий, работающих на основе использовании эффекта сверхпластичности. Штамповка (формовка) в условиях сверхпластичности дает возможность упростить процесс изготовления отдельных деталей и изделий элементов конструкции ЛА, а также сократить технологические расходы.

Некоторые из высокопрочных титановых сплавов применяются в изготовлении элементов конструкции летательных аппаратов, в частности самолеты серии «СУ», (лонжероны, панели мотогондол, люков, дверей и т.д.). В связи с этим разрабатываются новые методы и средства для повышения срока службы элементов конструкций, выполненных из титановых псевдо - α - сплавов.

Псевдо - α - сплавы содержат небольшие количества алюминия и малые концентрации β-стабилизаторов, что позволяет им сохранить при операции формовки высокую технологичность, близкую к технологичности чистого титана. Эти сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки, к тому же они дешевле всех других разновидностей титановых сплавов, что делает их предпочтительней при производстве изделий массового или серийного производства. К недостаткам титановых псевдо - α - сплавов можно отнести недостаточную прочность и склонность к водородной хрупкости.

Известны способы изготовления деталей 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, В23K 20/14, 1990; патент США №4582244, 1985; European Patent №0568201, 1993).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2569441, В23K 20/14, 2015, которое было принято авторами за ближайший аналог.

Недостатком данного способа является то, что при использовании заготовок из титанового псевдо - α - сплава ВТ20, применяемая технология не позволяет получить необходимые прочностные характеристики готовых деталей и изделий.

Это связано с тем, что в этих условиях формовки получается минимальное растворное состояние α-фазы, в связи с чем временное сопротивление разрыву микроструктуры сплава ВТ20 существенно снижается с повышением температуры.

Технической задачей является повышение прочностных свойств, модуля упругости, коррозионной стойкости деталей из титанового псевдо - α - сплава ВТ20, за счет выбора дополнительного, оптимального для данной технологии, состава легирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления деталей и изделий в способе, заключающемся в том, что слитки для изготовления деталей выплавляют вакуумно-дуговым методом, а детали изготавливают сверхпластичной деформацией при заданных температурах и скоростях деформации 10^-4 с^-1 с последующей термической обработкой при определенных температурах и выдержкой, вакуумно-дуговую выплавку слитков производят с дополнительными химическими элементами легирования (Ti-Al-Gd), сверхпластическую деформацию производят при температуре от 800 до 900°С, а термическую обработку при температуре от 800 до 850°С и продолжительности выдержки от 400 до 500°С.

Структурный анализ показал, что растворный состав крупнозернистой α-фазы превратился в мелкозернистую структуру по краям α-фазы, что характерно для титановых (α+β)-сплавов. Таким образом, благодаря введению в химический состав псевдо - α - сплава ВТ20 дополнительных легирующих элементов (Ti-Al-Gd) повышаются прочностные характеристики, модуль упругости и коррозионная стойкость, что делает возможным производить детали и изделия элементов летательных аппаратов из дешевых псевдо - α - сплавов, и при этом не снижая характеристик более прочных (α+β)-титановых сплавов.

Изобретение может быть использовано для получения сверхпластической штамповкой изделий сложной формы. Осуществляют вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ВТ20 и изготовление детали сверхпластической деформацией слитка при скорости деформации 10^-4 с^-1 с последующими термической обработкой. При вакуумно-дуговой выплавке слитка в состав сплава вводят лигатуру (Ti-Al-Gd). Сверхпластическую деформацию производят при температуре от 800 до 900°С, а термическую обработку - при температуре от 800 до 850°С с последующей выдержкой при температуре от 400 до 500°С до получения (α+β)-фазы титанового сплава. Изобретение обеспечивает повышение прочностных свойств, модуля упругости и коррозионной стойкости деталей из титанового псевдо - α - сплава ВТ20 за счет выбора состава его легирования.

Способ изготовления деталей из титанового псевдо - α - сплава, включающий вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ВТ20, изготовление детали сверхпластической деформацией слитка при заданных температуре и скорости деформации 10^-4 с^-1 с последующими термической обработкой при определенных температурах и выдержкой, отличающийся тем, что при вакуумно-дуговой выплавке слитка в состав сплава вводят лигатуру (Ti-Al-Gd), сверхпластическую деформацию производят при температуре от 800 до 900°С, а термическую обработку - при температуре от 800 до 850°С с последующей выдержкой при температуре от 400 до 500°С до получения (α+β)-фазы титанового сплава.