Способ обработки титановых сплавов с пластинчатой структурой Советский патент 1983 года по МПК C22F1/18 

: Изобретение относится к металлургии ;и может быть иЬпользовано в тех нологии изготовления изделий- изтита новых сплавов с пластинчатой структурой, в частности сварных деталей,. с целью устранения хрупкого разрушения сплава. Известен способ обработки титановых сплавов, включающий многократно, повторяющиеся операции нагрева и вы-i держки в «-области, а также охлаждения до 0-500 0 1 . Однако применение указанного способа для обработки мало- и среднелегированных титановых сплавов приводит к резкому падению их пластичности вследствие значительного роста р-зерна при нагревах и выдержках в р -области. Известен .также способ обработки титановых сплавов с пластинчатой структурой, включающий многократно повторяющиеся операции нагрева сплава до температур в верхней части (сСч- /j) области и закалки сплава в воде 2 . К недостатку этого способа следует отнести снижение пластичности до О при обработке сплава вследствие возникновения существенных термических напряжений, приводящих к зарождению и росту микротрещин. -Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термиЦеской обработки сплава Ti -6А1-W (температура полного полиморфного , превращения составляет 980°С) с пластинчатой структурой, включающий термоциклирование путем многократного (1-50 раз) нагрева сплава до 850-9.50°С (верхняя часть + р -области) и охлаждения до 18 С со скоро ;стью, не превышающей охлаждения ,на в духе , с последующими нагревом и закалкой с температуры , а также заключитепьным старением по стандарт ному режиму 3 . Основными недостатками указанного способа являются низкие характеристики пластичности и ударной вязкости сплава после его обработки. Цель изобретения - повышение плас тичности и ударной вязкости. Поставленная цель достигается tcM, что согласно способу обработки титановых.сплавов, включающему термоциклическую обработку в (ol-f f) области, закалку и старение, заКалку проводят перед термоцикличёской обработкой с температуры на 10-50 0 выше температуры полного полиморфного превращения сплава, а термоциклическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 1-100 град/с до температуры 10-40 С и охлаждения до температуры на 100-300 0 ниже температуры полиморфного превращения с выдержкой при указанных температурах 5- 120 мин. Закалка титанового сплава с пластинчатой структурой с температуры на 10-50 С выше его полного полиморфного превращения (из р-обласТи ) резко повышает плотность дислокаций и f других дефектов кристаллической решетки сплава. . Указанное обстоятельство объяс- . нЯется возникновением значительных термических напряжен1 й в процессе образования мартенситной структуры вследствие значительной анизотропии коэффициента линейного теплового расширения существующих в сплаве фаз при охлаждении. Ограничение мак- . симальной температуры нагрева под закалку вызывается необходимостью получения как можно более дисперсного мартенсита. При нагреве закаленного сплава до температур на 10-40°С ниже полного полиморфного сплава (на этапе первого цикла термоциклирования) происходит распад мартенсита с образованием относительно (в сравнении с исходной пластинчатой структурой) дисперсных пластин ci-фазы, наследующих дефектную структуру мартенсита, выраженную во множественном двойниковании оС-пластин. Наличие двойниковых Границ и субграниц, разделяющих пластину-кристалл об-фазы на ряд более мелких объемов, позволяет в процессе термоциклирования трансформировать пластинчатую структуру сплава в глобулярную пу-тем сфероидизации субзерен с формированием новых об-зерен g Ьывшей ot-пластине. Возможность осуществления преобразования пластинчатой структуры в глобулярную определяется подготовкой пластинчатой структуры к дроблению путем предварительной закалки (температура нагрева под закалку равна 10-50 С выше температуры полного полиморфного превращения) и 5-20-кратным термоциклированием путем нагрева сплава со скоростью 1-100 С/с до.темпера3туры на и охлаждения (ско-. рость охлаждения 5°С/с) до температур на ЮО-ЗОО С 1И) поли 1орфного превращения. Термоциклирование в интервале указанных температур с выдержками при верхних и нижних температурах цикла от 5.до 120 мин обеспечивает дробление пластинчатой структуры, одновременно вызывая акт ное протекание в сгшаве диффузионны процессов, что позволяет существенно снизить неоднородность химическо го и фазового состава сплава по все му объему,залечить возникшие при за калке .субмикротрещины. Однородность химического и фазового состава в С5ОВ(окупности с мелкозернистой глобулярной структурой дает эффект существенного повышения пластичности и ударной вязкости сплава при обеспечении сравнительно высоких прочностных свойств. Пример. Цилиндрические заготовки 018 мм и длиной 80 мм из ти танового сплавс) ВТ9 с пластинчатой структурой, температура полного пол морфного превращения которого составляет i обмазывают cтeJ лoсмазкой для защиты от окисления и затем каждую заготовку наг ревают в индукторе со скоростью - , причем часть заготовок нагревают до , остальные заготовки нагревают до . При достижении указанных температур заготовки немедленно-закаливают охлаждением в воде. Закаленные заготовки подвергают 5-20-кратному термоциклированию по следующему режиму-цик-. лу« . печной; или индукционный нагрев заготовки со скоростью 1-100°С/С до 975+15 0 и выдержка при этой температуре 5-120 мин; охлаждение заготовок на BOSдухе (скорость охлажденияS C/c) до температуры: а) б)890± выдержка заготовок при и ЗЭОннЮ С в течение 5-120 мин} печной или индукционный нагрев заготовки со скоростью 1-100°С/с до : 975il5°C и выдержка при этой температуре 5-120 мин. После завершения 5-20-кратного термоциклирования заготовки охлажда-ь ют на воздухе до комнатной температуры. Заключительной операцией обработки является старение заготоврк по стандартному режиму при в течение 6 ч. Результаты механиМеских испыта НИИ сведены в таблицу.

естный109-116

длагаемый Т 1010°С109

в ЗСлК.

Tj. -975С

Т„

и

V 20°С/с

Н

t 120 мин N 5

TJ 975°С

Т- г 890°С.

v :

П:

ТГ 5 мин . N 20

10-U 2,2-2,8

5-8 4815,6

1

«J

38

11

Ц П1редлагаеАналиэ результата .из таблицы поKasbieaet, что предлагаемый способ позволяет повысить пластичность

сплава ВТ9 с исходной пластинчатой структурой. Так, относительное удлинение drf во&растает на ЗУТво.

относительное сужение (Ч) - на , 128-380%, ударная вязкость (оЦ) - на

53-15, п{)и этом предел прочности (ц) сохраняется на высоком уровне. Технико-экономическая эффект.ивность предлагаемого способа обработПродолжение таблицы

ки титановых сплавов с пластинчатой структурой обеспечивается следующими преимуществами:

получением высокой пластичности при сохранении прочности в сплавах С исходной пластинчатой структурой за счет преобразования структуры в однородную мелкозернистую, глобулярную

переводом сплава в равновесное структурно-однородное состояние, отсутствием в сплаве остаточных внутренних напряжений и субмикротрещин

.7lOlAS 8

...- ... . . .

:эа счет активного дроТекания процес- простотой и технологичностью,

сое диффузии при термоциклированиивозможностью автоматизации процесса

в относительно узком интервале вы- вследствие однотипности и повторяесоких температур;мости операций.