СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПСЕВДО-α-ТИТАНОВОГО СПЛАВА ОТ4 Российский патент 2025 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 улучшения технологических параметров и свойств деталей, изготавливаемых методом сверхпластической деформации (штамповки).

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.

Вместе с тем высокая чувствительность титановых сплавов к типу и параметрам структуры позволяет на одном и том же сплаве получать различное сочетание прочностных, пластических и служебных свойств. Поставка титановых сплавов со строго регламентированной структурой, обеспечивающей повышенный уровень тех свойств, которые являются определяющими в данном конкретном применении, может быть весьма полезна. Поэтому установление связей конкретных механических свойств (кратковременные свойства, сопротивление усталости и ползучести, характеристики жаропрочности и жаростойкости и т.п.) с типом и параметрами структуры является актуальным и практически важным.

Псевдо-α-сплавы содержат небольшие количества алюминия и малые концентрации β-стабилизаторов, что позволяет сохранить им при обработке давлением высокую технологичность, близкую к технологичности чистого титана. Эти сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки. Псевдо-α-сплавы термически не упрочняются, их применяют в отожженном состоянии. Недостатки высокотехнологичных малолегированных псевдо-α-сплавов - это сравнительно невысокая прочность и большая склонность к водородной хрупкости.

Сверхпластичность, связанная с превращением (α+β)-области и α- и β-фазы, может быть реализована при различных температурных режимах: в процессе монотонно изменяющейся температуры, проходящей через интервал прямого (при нагреве) или обратного (при охлаждении) превращения; при термоциклировании в пределах амплитуды, включающей интервал температур превращения; при фиксированной температуре вблизи температурного деформируемого сплава, так же как и его структура, претерпевает значительные изменения при деформации в режиме сверхпластичности, связанной с фазовым превращением.

Некоторые из высокопрочных псевдо-α-титановых сплавов применяются в изготовлении элементов конструкции летательных аппаратов, в частности самолетов серии «СУ», «МС» (лонжероны, панели мотогондол, люков и т.д.). В связи с этим разрабатываются новые методы и средства для повышения срока службы элементов конструкций, выполненных из таких титановых сплавов. Эти сплавы обладают эффектом сверхпластичности (при определенных режимах), к тому же они значительно дешевле других разновидностей титановых сплавов, что делает их предпочтительней при производстве изделий серийного производства.

Известны способы изготовления деталей из титановых сплавов (ВТ3-1, ВТ6, ВТ8, ВТ22 и др.) методом сверхпластической деформации (А.с. СССР №1577378, C22F 1/04, 1988; А.с. СССР № 1759583, В23К 20/14, 1990; патент США № 4582244, 1985; патент РФ № 2613003, В23К 20/14, 2015; патент РФ № 2614919, В23К 20/14, 2015; патент РФ № 2648810, В23К 20/14, 2016).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ № 2660461, В23К 20/14, 2017, которое было принято авторами за ближайший аналог.

Недостатком данного способа является то, что при использовании заготовок из титанового интерметаллидного сплава ОТ4 применяемая технология не позволяет получить необходимые свойства по микротвердости и износостойкости соответствующих деталей.

Это связано с недостатком растворного состояния α-фазы, а с ним и α-стабилизаторов - элементов, которые сведены к минимуму и ведут к недостаточному повышению температуры полиморфного превращения титана, необходимому для более полного проявления эффекта сверхпластичности.

Технической задачей является повышение прочностных свойств, а именно - микротвердости и износостойкости; защита от контактной коррозии псевдо-α-титанового сплава ОТ4 за счет измененного режима сверхпластической деформации и получения покрытий путем плазменно-электролитического оксидирования на готовые детали.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ изготовления деталей из псевдо-α - титанового сплава, включающий вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ОТ4, изготовление деталей методом сверхпластической деформации при температуре от 800 до 900°С и скорости деформации 10^-4 c^-1; термическую обработку при температуре от 750 до 850°С c последующей выдержкой при температуре от 400 до 500°С до получения гетерофазной структуры α- и β- фазы с состоянием равновесия твердых частиц. После этого готовые детали подвергают плазменно-электролитическому оксидированию.

Структурный анализ данного псевдо-α- сплава ОТ4 показал:

- повысился комплекс механических свойств (защита от контактной коррозии сопряженных деталей, микротвердость, износостойкость);

- увеличились прочностные характеристики при температурах свыше 500°С за счет образования покрытия оксида титана TiO₂ двухфазного типа.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для улучшения технологических параметров и свойств деталей из псевдо-α-титанового сплава ОТ4, изготавливаемых методом сверхпластической деформации. Способ включает вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ОТ4. Из полученного слитка методом сверхпластической деформации изготавливают детали при температуре от 800 до 900 °С и скорости деформации 10^-4 с^-1. Проводят термическую обработку при температуре от 750 до 850 °С с последующей выдержкой при температуре от 400 до 500 °С до получения гетерофазной структуры α- и β-фазы с состоянием равновесия твердых частиц. После этого готовые детали подвергают плазменно-электролитическому оксидированию. Обеспечивается повышение комплекса механических свойств, в частности защита от контактной коррозии сопряженных деталей, микротвердость и износостойкость, а также увеличиваются прочностные характеристики при температурах свыше 500 °С за счет образования покрытия оксида титана TiO₂ двухфазного типа.

Способ изготовления деталей из псевдо-α-титанового сплава, включающий вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ОТ4, изготовление деталей методом сверхпластической деформации с последующими термической обработкой и выдержкой, отличающийся тем, что сверхпластическую деформацию производят при температуре от 800 до 900 °С и скорости деформации 10^-4 c^-1, а термическую обработку производят при температуре от 750 до 850 °С с последующей выдержкой при температуре от 400 до 500 °С до получения гетерофазной структуры α- и β-фаз с состоянием равновесия твердых частиц с последующим плазменно-электролитическим оксидированием готовых деталей.